本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

一、作者及发表信息

本研究由Zihao Guo、Jian Tang和Junfei Qiao合作完成，作者单位包括：
1. 北京工业大学信息学部（Faculty of Information Technology, Beijing University of Technology）；
2. 北京市计算智能与智能系统重点实验室（Beijing Key Laboratory of Computational Intelligence and Intelligent System）。
研究发表于第37届中国控制会议（Proceedings of the 37th Chinese Control Conference），会议时间为2018年7月25-27日，地点为中国武汉。

二、学术背景

研究领域与背景知识

本研究聚焦于城市生活垃圾焚烧（Municipal Solid Waste Incineration, MSWI）过程中二噁英（Dioxin, DXN）生成的数值模拟。二噁英是一类高毒性、持久性污染物，其生成机制涉及复杂的物理化学反应，传统机理模型难以建立。目前工业实践中，二噁英排放浓度通常通过离线检测（每月或每季度），无法用于实时优化与反馈控制。

研究动机与目标

为解决上述问题，本研究提出基于Aspen Plus商业流程模拟软件构建二噁英生成的数值模拟模型，旨在：
1. 通过热质平衡分析揭示二噁英生成的关键变量；
2. 为虚拟样本生成（Virtual Sample Generation, VSG）提供机制支持，弥补实际数据稀缺的缺陷；
3. 为焚烧过程的优化控制提供理论依据。

三、研究流程与方法

1. 二噁英生成机制分析

研究首先梳理了焚烧炉内二噁英生成的五个主要反应区域（图1）：
- 预热区（a）（20–500℃）：释放垃圾中原有二噁英及低温反应生成前驱体；
- 炉膛反应区（b）（1000–800℃）：前驱体高温分解，燃烧状态直接影响二噁英再生；
- 高温换热区（c）（800–500℃）：以气相反应为主，生成量可忽略；
- 低温换热区（d）（500–250℃）与灰渣区（e）：表面催化反应和再合成反应为主，贡献70%以上二噁英。

2. 数值模型构建

基于Aspen Plus软件搭建链条炉排焚烧流程（图3），关键模块包括：
- 干燥（Dry）：RStoic反应器模拟垃圾发酵；
- 分解（Decomp）与气化（Gasify）：RYield反应器模拟预热与气化；
- 燃烧（Burn）：RYield反应器模拟高温燃烧，输出二噁英、HCl等气体；
- 分离（B3/B4）：FSplit分离器分离固/液相。

3. 敏感性分析

通过模拟验证关键变量对二噁英生成的影响：
- 炉膛最高温度（图4）：温度超过600℃时二噁英生成量显著降低，800℃以上可完全分解；
- 氧气填充量（图5）：过量氧气输入可减少二噁英生成，验证充分燃烧的抑制作用。

4. 误差分析

对比模拟数据与设计值（表1），误差率在12.22%–42.18%之间，表明模型需进一步校准。

四、主要研究结果

1. 机制验证：低温区（d/e）是二噁英主要生成区域，与文献[22][25]的机理研究一致；
   
2. 温度效应：高温（>800℃）可有效抑制二噁英，为焚烧工艺优化提供依据；
   
3. 模型有效性：Aspen Plus模拟结果与工业数据趋势吻合，但需结合实际数据校准。
   

五、研究结论与价值

科学价值

• 首次将Aspen Plus应用于链条炉排焚烧的二噁英生成模拟，填补了该领域数值模型的空白；
  
• 揭示了温度与氧气对二噁英生成的非线性影响，支持“高温+富氧”的优化燃烧策略。
  

应用价值

• 为虚拟样本生成提供机制基础，解决数据稀缺下的软测量建模问题；
  
• 指导焚烧厂通过调整操作参数（如温度、风量）降低二噁英排放。
  

六、研究亮点

1. 方法创新：结合商业软件与机理分析，构建了可扩展的数值模拟框架；
   
2. 工业导向：直接针对实际焚烧厂（处理量33.3吨/小时）设计模型；
   
3. 跨学科融合：融合化工模拟（Aspen Plus）、环境工程（二噁英控制）与智能算法（VSG）。
   

七、其他有价值内容

• 研究得到中国国家自然科学基金（61573364, 617030879）支持；
  
• 文献综述部分系统梳理了二噁英生成机制与模拟方法（如CFD[21]、热力学模型[20]），为后续研究提供参考。
  

（报告总字数：约1500字）