供热是国民生活发展的重要组成部分,其任务是生产热能并将其输送给热用户。在供热的发展历程中,城市集中供热系统长期以来在高效、合理利用能源的课题上担当着举足轻重的作用。对于供热的要求,已经不再局限于规模的逐渐扩大,同时对供热系统的可靠性、经济性和合理性提出了更高层次的要求。本文对典型工程项目进行两个部分的设计研究,第一部分是对山西晋城市某电厂的城市集中供热管网的长距离输热管网进行可行性研究,第二部分是对城市市区内供热一级管网的布局和管径进行优化设计研究。在第一部分内容中,对山西省某电厂拟向晋城市区供热的23km长距离供热输送管线进行可行性分析。研究大高差下长输集中供热管网的供热方案、中继泵站的设置条件以及中继泵站在供热主干线中的理论设置范围。根据供热负荷和长输供热段管线路由,提出四种供热管网工程方案:首站一级加压、中继泵站多级加压、隔压泵站换热、中继泵站和隔压泵站相结合。通过水压图分析比选确定中继泵站与隔压站相结合的方案最为合适,计算得到了中继泵站设置位置的范围及其不同的理论扬程;并提出了一些供热工程节能措施。在第二部分内容中,对市区内已确定能源站和换热站位置的,通过运用图论方法将供热管网布局用矩阵形式表达,并结合流体力学知识建立管网水力计算数学模型,作为一级供热管网布局与管径优化设计中的水力计算工具。以经济性为评价指标,将供热管网的建造费用、年折旧维修费用、年运行费用和年热损失费用这四部分计算整合,建立以年折算费用为目标函数的供热管网优化设计数学模型,作为一级供热管网布局与管径优化设计中的优化目标函数。以层次分析法的思想,将一级供热管网布局与管径的优化设计问题分为三层:第一层为供热管网布局优化,通过管网水力计算数学模型进行水力计算,以年折算费用作为目标函数,运用二进制遗传算法对市区一级供热管网进行管网布局优化,获得一些较为合理的供热管网布局方案的集合;第二层为供热管网管径优化,即在第一层次中所获得的供热管网布局方案的基础上,通过管网水力计算数学模型进行水力计算,以年折算费用作为目标函数,运用整数遗传算法再对上一层得到的每一个布局方案分别进行管径优化,得到每一个布局下的管径组合以及其管网年折算费用;第三层,比较得到的每个方案的管网年折算费用,找出管网年折算费用最小值所对应的供热管网布局方案,即为最终的最优供热管网,其对应的布局为最优管网布局,其对应的管径组合为最优管径组合。