前言

随着人类社会文明的进步和公众环保意识的增强，科学合理地利用自然资源，全面系统地保护生态环境已经成为世界各国可持续发展的必然选择。环境保护是指人类科学、合理地保护并利用自然资源，防止自然环境受到污染和破坏的一切活动。环境保护的本质是协调人类与自然的关系，维持人类社会发展和自然环境延续的动态平衡。由于生态环境是一个复杂的动态大系统，实现人类与自然的和谐共生是一项具有复杂性、系统性、长期性和艰巨性的任务，必须依靠科学理论和先进技术才能实现。

本书主要面向在无害化、减量化和资源化等方面具有显著优势的MSWI过程所涉及的污染物排放浓度机理建模与分析技术进行研究。虽然MSWI是目前广泛采用的固废处理技术，但其入口原料的高度不确定性和大范围波动性等因素导致燃烧机理难以洞悉，精确数学模型难以构建。已有数值仿真模型多面向新建或改造焚烧厂的设计服务，鲜有从控制视角出发针对正在运行中的MSWI电厂进行机理建模与分析的研究，对实现具身智能化控制研究的支撑力度非常有限。面向具身智能化控制视角的炉排固相燃烧过程、炉排固相与炉内气相耦合燃烧过程、常规污染物全流程进行相关建模与分析也是目前所缺失的。此外，MSWI过程所排放的二噁英(DXN)是具有极强化学和热稳定性的剧毒持久性有机污染物，也是引发公众高关注度和强烈抗议乃至产生焚烧建厂“邻避效应”的主要因素； 但是，现有研究多从实验室化验、微观机理仿真和历史数据建模等视角出发，针对运行中的实际MSWI电厂，面向焚烧炉内的DXN浓度和涉及DXN分解、再生成、吸附和排放全流程的建模与分析缺失。因此，研究MSWI过程污染物排放浓度机理建模与分析非常必要。

本书在人工智能重大专项（2021ZD0112301，2021ZD0112302）和国家自然科学基金项目(62073006，62021003)等课题的支持下，以MSWI过程污染物排放浓度机理建模与分析为目标，开展面向控制视角的炉排固相的燃烧过程、耦合炉排固相与炉内气相的燃烧过程、常规污染物全流程、痕量污染物二噁英炉内生成与全生命周期的数值仿真建模方法研究，构建仿真机理数据驱动的智能建模与分析技术。首先，阐述进行数值仿真和AI驱动的MSWI过程及其排放污染物的建模与分析的背景和意义，综述MSWI过程智能建模、控制与优化的研究现状并给出难点与分析，简述基于数值仿真的MSWI过程建模与分析、面向污染物DXN的数值仿真建模与分析，以及数值仿真与AI混合驱动的建模与分析研究现状，并指出数值仿真与AI建模存在的问题； 接着，介绍面向数值仿真的MSWI过程及其排放污染物特性分析，明晰炉排固相的燃烧过程、耦合炉排固相与炉内气相的燃烧过程、常规污染物全流程、痕量污染物DXN炉内生成与全流程的建模与分析等研究所面临的难点； 然后，基于上述分析，进行基于FLIC数值仿真和深度森林回归的炉排固相燃烧过程建模与分析、基于耦合FLIC与Fluent数值仿真的炉排固相与炉内气相燃烧过程建模与分析、基于多软件数值仿真和线性回归决策树的常规污染物焚烧全流程建模与分析、基于Aspen Plus数值仿真的焚烧炉内生成DXN污染物建模与分析、基于多软件数值仿真和模糊森林回归的DXN污染物浓度全流程建模与分析； 最后，描述了在北京某MSWI电厂开发的MSWI过程建模与分析系统。本书旨在面向国家在污染防治领域的重大战略需求，以MSWI及其排放污染物的建模与分析为研究对象，基于数值仿真与AI混合驱动进行建模与分析的理论和应用视角，从实际工程出发提出了面向MSWI排放污染物机理建模与分析难点的系列新框架和新方法，进而支撑该过程的具身智能化和城市污染的排放控制，促进生态环境的可持续发展。

感谢自然科学基金委、科技部及北京工业大学的长期支持，感谢智慧环保北京实验室的同事和研究生，特别是庄家宾、陈佳昆、梁永琪、王天峥等同学参与了本书的成稿工作。感谢MSWI领域的国内外专家学者，正是在你们的启迪和激励下，使得本书的内容得到进一步升华。

汤健余文乔俊飞

2025年10月于北京平乐园