化工行业作为高耗能工业部门之一,其节能减排、提高能量利用效率一直是解决能源问题的有效途径。石化企业蒸汽动力系统作为供能系统为各工艺过程提供蒸汽、电力、动力、冷却水等公用工程,同时其本身需要消耗大量一次能源。所以蒸汽动力系统的优化设计对全局系统的能量利用具有重要影响。本研究在文献的基础上,对蒸汽动力系统部分设备模型进行了改进和补充并验证。将某实际合成氨生产的复杂公用工程系统中多级蒸汽透平分解为多个单级蒸汽透平,从而得到简化的公用工程系统。利用ASPEN PLUS化工流程模拟软件对简化后的公用工程系统进行模拟,并将模拟数据与工业数据对比,结果吻合较好。从而证明多级蒸汽透平在性能上可以分解为多个单级蒸汽透平进行模拟,并利用单级蒸汽透平性能模型推导出多级蒸汽透平性能模型。其次改进了燃气透平模型,并提出了采用离散模型进行优化的步骤。深入分析了蒸汽动力系统实际运行过程中所面临的确定性和不确定性变化因素。将确定性变化直接转化为多周期问题处理,并提出了不确定汽电需求下的优化设计策略,通过每周期选取若干离散的带有各自权重的确定需求工况近似反映该周期需求的波动信息,以降低不确定变量对目标函数和约束条件的影响。并采用提出的不确定优化策略对某石化企业蒸汽动力系统进行优化设计,与传统优化设计方案进行对比,结果表明：本研究设计方案节约了总费用约0.69%,且各周期均包含17个离散需求工况下优化运行调度安排,远多于传统设计方案中各周期的唯一优化运行方案。分析了蒸汽动力系统中可供选择的驱动源及其优化方法,在考虑不确定汽电需求波动的基础上,建立了考虑机械功驱动的蒸汽动力系统优化设计模型,并通过实际案例研究证明了所建立模型的有效性。其次建立了对于优化设计中选用燃气透平的方案进行二次优化的数学模型,并针对具体案例进行优化设计,最终得到了更加符合实际的优化设计方案。