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循环冷却水系统是一项常见的公用工程系统,在化工、电力、炼油等行业中是不可缺少的,但是它的能耗非常高。据统计,循环冷却水系统的用水量约占企业全部用水量的85%～92%,用电量约占企业总用电量的20%-30%。对循环冷却水系统研究主要集中于水冷塔模型、系统的节水节能和运行优化等方面。水冷塔在整个循环冷却水系统中有非常重要的作用,因此研究水冷塔的特性十分必要。本文建立了水冷塔的严格数学模型,应用C语言编程,采用龙格库塔法求解,用以研究水冷塔中空气温度、湿度和水温等特性沿塔高方向上的变化规律。利用该数学模型对水冷塔进行严格计算,分别得到了不同空气状态、不同水与空气进料质量比和不同进塔水温情况下,空气干球温度、空气湿度、冷却水温度和传热推动力在塔内沿填料层的变化规律,为整个系统优化奠定基础。循环冷却水系统总费用包括操作费和设备费。本文建立循环冷却水系统的费用模型,并将以换热面积表示的换热器费用作为设备费的一部分引入系统总费用模型中,以某一单塔单换热用户的简单循环冷却水系统为例,讨论了换热器面积、循环水量、出塔水温和水与空气质量比对各项费用的影响,发现对循环冷却水系统总费用的影响因素很多,而且各个因素之间存在复杂的交联关系。以循环冷却水系统总费用最低为目标函数,采用遗传算法对整个系统配置进行优化。具体包括选取循环水总流量、进入水冷塔的空气流量及各个换热器的换热面积为优化变量,并结合水冷塔严格数学模型同步计算循环水出塔水温和空气出塔湿度。其中,本文首次探讨了换热器面积大小对整个系统的影响。采用以上优化算法,针对多换热用户的工业循环冷却水系统实际案例,进行优化计算,得到了更优的系统操作参数及设备尺寸,包括：最优循环水总流量、空气流量、进出每个换热器的最佳循环水温度、流量及最佳换热面积等。通过将优化值与常规现场值比较发现,MDI产品流程循环冷却水系统在三种不同的环境条件下,总费用分别降低约42%、33%和31%；TDI产品流程循环冷却水系统总费用降低约32.1%；与文献优化值对比,本文结合生产实际,考虑冷却水的进塔温度上限,总费用增加11.5%。以上结果,为实际工业循环冷却水系统的节能降耗提供可靠的理论依据。