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蒸汽动力系统（Steam Power System,SPS）为过程工业系统提供蒸汽、电力等公用工程,在过程系统中具有重要的作用。蒸汽动力系统在提供公用工程的同时消耗大量化石能源并产生污染物。随着能源与环境问题的日益严峻,如何优化设计蒸汽动力系统的结构与参数,使系统成本降低、污染物排放减少显得十分重要。采用数学规划法设计与优化蒸汽动力系统的经济性与环境影响因其可量化系统的结构与参数,受到学者广泛关注与研究,近年来,虽取得一定进展,但其中也存在一些未解决的问题,诸如:a)欠缺考虑蒸汽动力系统与其它系统间的相互影响,难以保证得出最优解;b)数学规划模型复杂,确定算法难以求解。针对这些问题,本论文开展了如下研究:（1）在Bruno等人所提出的蒸汽动力系统超结构模型中引入设备性能约束条件,建立更符合实际工况的蒸汽动力系统超结构模型。并在蒸汽动力集成系统中引入脱硫、脱氮模型,有效解决SO2、NOX达标排放问题。考虑到脱硫、脱氮过程的复杂性,建立了以工业中常用的石灰石-石膏为基础的湿法烟气脱硫（L-FDG-S）网络超结构与以选择性催化为基础的烟气脱氮（SCR-FDG-N）网络超结构,并嵌入至蒸汽动力系统集成模型中。以此为基础,选取系统年总费用、环境影响为目标,建立了蒸汽动力系统与脱硫网络、脱氮网络相耦合系统的多目标混合整数非线性规划（MO-MINLP）数学模型。在蒸汽动力系统中选取各设备蒸汽流量、蒸汽出口焓值、直接驱动设备的透平功的消耗量及透平产生的电量为优化变量,在脱硫、脱氮网络中选取各流股流量、脱硫率、脱氮率作为优化变量,对全局系统的操作参数和设备参数进行同步优化。（2）开发了利用NSGA-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ）进行求解本文所建立MO-MINLP的程序:首先将复杂的搜索解集的过程视为寻找可行个体的过程,提出初始可行解的产生策略、约束条件处理策略、不可行解的修复策略;然后通过环境影响目标寻找优化的蒸汽动力系统结构,设计了适应于本论文所建立的多目标蒸汽动力系统模型的进化算子,包括快速非支配排序、精英保留策略以及拥挤度比较算子等。在种群遗传进化过程中,保留在不同系统环境影响下,年度总费用较低的个体。（3）提出了蒸汽动力系统多目标优化求解策略,利用NSGA-II对2个不同规模的案例进行求解,分析2个案例的环境影响与经济性的关系。得到的满足污染物排放标准的优化解和文献结果对比如下:小规模优化案例1结果与文献值对比,总费用虽提高10.9%,但环境影响降低69.2%。说明所提出的优化策略可小幅牺牲经济性并大幅降低环境影响来达到排放标准,验证了模型的有效性;大规模优化案例2优化结果整体支配文献值,选取A、B两组满足排放标准的优化解与文献值进行比对,结果表明:所得优化解A与文献经济性与环境影响相比较,不但环境影响降低了5.1%,而且年总费用下降了1.4%,说明本论文所提出的优化策略可实现经济性与环境影响的同时优化;优化解B与文献经济性与环境影响比较,在环境排放标准允许下,虽环境影响升高4.5%,但年总费用降低5.1%。以上结果表明本论文所提出的多目标优化模型和优化策略可求解出满足环境排放标准下,全系统年总费用最优的方案,从而进一步验证本论文提出蒸汽动力系统与脱硫网络、脱氮网络相耦合系统的MO-MINLP与其求解策略的有效性与优越性。