空冷技术由以其零耗水量的优势,近年来在许多电厂和化工厂得到了广泛的应用,特别是在富煤缺水地区。本文采用数学建模的方法,结合具体算例,对间接空冷设计优化和湿冷系统空冷化改造进行讨论分析。首先,本文针对自然通风和机械通风间接空冷塔进行优化设计与运行分析。进而,研究了湿冷系统空冷改造的可行性,分别对湿冷改间接空冷系统和湿冷改直接空冷系统进行探讨。在恒定热负荷下,提出了一种充分考虑塔型参数、环境侧风和散热器布置的自然通风间接空冷塔优化设计方案,并讨论明确了塔型参数对冷却塔冷却性能的影响规律。对某自然通风间接空冷塔进行优化设计,塔高和出塔水温分别降低约5.01m,0.128℃;冷却系统的建造成本分别减少约23万美元。针对机械通风间接空冷系统的设计提出方案,并对冬季防冻问题进行探讨。在环境温度低于0℃的经济性运行提出了不同方案并进行对比分析。两种热负荷工况均得到关闭部分风机方案具有更好的经济性,当环境温度为0℃时,热负荷465.3MW和240.3MW工况关闭部分风机方案比风机全部运行调频方案每小时可节约电能约为1549kWh和3947.7KWh,环境温度越低,节电效果越明显;计算全部关闭风机时环境温度分别约为-18.438℃和-2.91℃,为实际运行调节提供理论依据。针对某湿冷系统的自然通风间接空冷系统改造,提出两台机组与三座空冷塔耦合运行方案,讨论分析改造的可行性与不足性;通过改变环水量分配,实现系统优化设计与运行分析,对系统空冷改造后的年节水量和最优年成本进行了经济性进行了估算。可实现年节水量约为1449万吨,折合经济效益约为886万美元。讨论了年度成本,建立了年度成本函数,得到最低年成本约为18147万美元。针对湿冷改直接空冷系统,提出机械通风直接空冷岛加蒸发冷却的复合冷却系统的改造方案,并对不同环境温度下该系统的安全运行调节方案。当环境温度不高于24℃时,系统只开启直接空冷并根据环境温度进行变频调节。当环境温度为24℃至35℃时,直接空冷和蒸发冷并联运行;蒸发冷按照额定参数运行,直接空冷进行风量调节。当环境温度高于35℃时,计算在最大风量和水量运行时,该复合冷却系统最高安全运行环境干球温度为37℃。综上所述,本课题要研究探讨了间接空冷设计优化、运行分析,湿冷系统空冷改造可行性。较全面地涉及到各种空冷塔、空冷系统建模设计,并结合实际应用加以具体化分析,优化冷却效果或实现经济性运行。本课题研究丰富了间接空冷塔设计优化、湿冷系统空冷化改造研究,为湿冷塔、湿冷系统改造设计、空冷塔优化分析提供理论支持;对缓解水资源短缺、减轻环境压力、实现电力可持续发展具有重要作用。