CN101469865B - 等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法和设备 - Google Patents
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Abstract
等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法和设备，涉及垃圾的处理和新能源领域。其特征是把垃圾生物质送入悬浮流化床热解炉内，同时把加热的流化物料循环送入热解炉内，与原料进行混合传热，使垃圾生物质原料受热分解，再使热解气、固态半焦进入湍流流化床气化炉内，用等离子喷枪把水蒸气加热到3100℃以上喷入气化炉内与固态半焦进行反应，生成一氧化碳和氢气，气化炉内的气化反应所需的热量由等离子体喷枪提供和由氧化钙吸收二氧化碳的放热反应提供。本发明在不使用空气或氧气的条件下，以垃圾、生物质原料生产合成气，合成气的主要成分为氢气和一氧化碳，可直接用作城市煤气，或生产氢气、甲醇、二甲醚清洁能源。
Description
所属技术领域
本发明涉及垃圾、生物质的处理和新能源技术，特别涉及垃圾、生物质的气化技术和设备。
背景技术
当前，能源紧张，环保形势严峻。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康，这不仅会制约社会的进步，也影响到国民经济的可持续发展。当前，我国处理城市生活垃圾主要有卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术，大部分地区采用卫生填埋法处理城市生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且容易污染土地及地下水；采用堆肥法仅利用40％左右的有机物，需建设配套的焚烧工艺设备，还需要有卫生填埋场相配套，堆肥制品中的重金属存在污染土壤和进入食品链作物的可能，同样存在二次污染的隐患；采用焚烧发电法来处理城市生活垃圾，可以做到减量化、资源化处理生活垃圾，但垃圾焚烧发电存在下列缺点：1.以处理垃圾为主要目标，能量利用率仅为20％左右；2.烟气、二氧化碳排放量大，烟气中污染物有粉尘、氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物、致癌剧毒物(二恶英、呋喃)、重金属(汞、铅、铬等)，虽有烟气净化系统，但难以完全消除，特别是二恶英、呋喃超标排放，目前还缺乏技术可靠的NOx和二恶英等的末端净化工艺；3.经济产出/投入比小，经济效益差，需政府财政补助，因而不能普及应用。综上所述，卫生填埋法、堆肥(生化)法或焚烧发电法处理城市生活垃圾都存在资源得不到充分利用、二次污染问题和经济需由政府资助问题。
我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。生物质能在使用过程中几乎不产生污染，没有SO2排放，产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收的CO2在数量上保持平衡，被称之为CO2中性的燃料。用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境、减轻温室效应都有极大的好处。然而，我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。
把垃圾、生物质通过气化的方法转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖，为建设资源节约型社会和环境友好型社会起到积极作用。
发明内容
本发明的目的是要克服现有垃圾、生物质处理技术的缺点，提出一种等离子体、氧化钙协同气化的以垃圾生物质原料生产合成气的方法和设备，生产出高热值的合成气，所产合成气用来生产清洁能源或化工原料，包括生产城市煤气、氢气、甲醇、二甲醚，实现资源合理使用与环境保护。
为了达到上述目的，本发明提出的一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法，包括垃圾、生物质的气化处理技术，其特征是使垃圾生物质先在热解炉膛内进行烘干和受热分解，然后在气化炉膛内完成气化和燃烬，其过程是：把有机质垃圾、生物质其中的一种或二种原料送入悬浮流化床热解炉内，在流化风的带动下，使垃圾生物质原料在热解炉内悬浮翻滚，同时把加热的流化物料循环送入热解炉内，与原料进行混合传热，使垃圾生物质原料在短时间内完成烘干和受热分解过程，所述的流化物料包括氧化钙细粉和石英砂，调节流化物料的循环量，控制热解炉内的操作温度为300～600℃；垃圾生物质原料在热解炉内烘干和受热分解过程中生成的热解气包括水蒸汽、一氧化碳、氢气、甲烷、气态焦油等挥发物，还有炭微粒形成的烟气，分解后的固态物为半焦产物，把热解气、固态半焦和流化物料从热解炉的上部抽出，通过分离，把热解气用高温循环风机送入热解炉底部的风室，再通过布风板吹入热解炉内，形成流化风，维持热解炉内原料悬浮翻滚；分离出的固态半焦和流化物料进入湍流流化床气化炉内，同时把热解炉生成的热解气作为流化风送入气化炉形成湍流环境，把水蒸汽通过等离子喷枪加热到3100℃以上喷入气化炉内，与固态半焦进行反应，主要生成一氧化碳和氢气，并把半焦燃烬，在气化炉内，热解气中的水蒸汽与烟气炭微粒、固态半焦分别进行以水煤气反应为主的反应，生成一氧化碳和氢气；在热解炉和气化炉内反应过程产生的二氧化碳被氧化钙吸收进行碳酸化反应，生成碳酸钙并放出热量，通过向炉内补充输入二氧化碳和氧化钙进行放热反应，为炉内气化反应提供热量；气化炉内的气化反应所需的热量由等离子体喷枪提供和由氧化钙吸收二氧化碳的放热反应提供，通过调节等离子体喷枪的工作参数及氧化钙循环量和二氧化碳补充量来控制湍流气化区内的温度为800～1150℃。在湍流流化床气化炉内进行的反应主要有：
C(s)+O2 *(g)→CO2(g) ΔH＝+406.96kj/mol
C(s)+1/2O2 *(g)→CO(g) ΔH＝+203.48kj/mol
C(s)+2H2 *(g)→CH4(g) ΔH＝+75.6kj/mol
C(s)+H2O*(g)→CO(g)+H2(g) ΔH＝-131.2kj/mol
CO(g)+H2O*(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH＝+42kj/mol
C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g) ΔH＝-131.2kj/mol
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) ΔH＝-205.8kj/mol
CaO(s)+CO2(g)→CaCO3(s) ΔH＝+178.8kj/mol
……
式中，右上标有*号的分子为从等离子体喷枪喷出的物质。
通过上述的热解和气化反应过程，把垃圾生物质转化为以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，炉内反应生成的合成气和碳酸钙粉料混合，从气化炉的上部抽出，通过余热锅炉降温后送入气固分离器进行分离，把分离出的碳酸钙粉料送入煅烧炉进行再生处理，分解生成氧化钙后再送回热解炉和气化炉进行循环利用；把分离出的合成气送入净化塔进行净化处理，净化后的合成气用压缩机压入气柜备用，气柜内的合成气可直接作为城市煤气使用，或通过后级设备生产氢气、甲醇、二甲醚液化气产品。
上述方法中，悬浮流化床热解炉内的操作风速为17～35m/s；湍流流化床气化炉内的操作风速为3～10m/s。
上述方法中，流化物料(床料)包括氧化钙、氧化钙与石英砂的混合物，粒径为20～100微米，其中氧化钙的循环分子数为炉内吸收二氧化碳、氯、硫合计分子数的2～3倍，使氧化钙进行碳酸化放热反应外，还有足够富余的氧化钙用作脱氯/脱硫剂，以抑制剧毒物二恶英、污染物二氧化硫的生成，有利环境保护，简化后级处理。
上述方法中，悬浮流化床热解炉内原料烘干和热解所需的热量由传热介质氧化钙流化提供，实质是由氧化钙煅烧炉间接向热解炉提供热量；湍流流化床气化炉内气化反应所需的热量由等离子体喷枪和氧化钙吸收二氧化碳的放热反应协同提供，在气化炉内，氧化钙吸收二氧化碳生成碳酸钙后，被送回到煅烧炉进行再生处理，使碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，把氧化钙送回气化炉和热解炉进行循环利用，把二氧化碳进行排放或通过净化处理后作为副产品利用；上述的方法避免了在热解炉和气化炉内燃烧垃圾产生废气，实现了无氧气化，并有效抑制二恶英、二氧化硫的生成，使得炉内生成的合成气品质高，氢分数大，在后续工序中容易生产高级产品；氧化钙煅烧炉使用的燃料为生物质或煤，生物质或煤燃烧所生成的废气比垃圾燃烧产生的废气容易通过净化处理，有利于环境保护。
本发明的一种实现上述方法的设备，其特征是气化设备主要由悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)、湍流流化床气化炉(I)、氧化钙喷枪(9)、等离子体喷枪(10)、热解气循环管(21)和高温循环风机(31)组成，其中：悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)和湍流流化床气化炉(I)由耐火蓄热炉墙(4)一体构成，耐火蓄热炉墙的外侧为保温层(5)，保温层的外侧为外壳(6)；悬浮流化床热解炉(IV)的炉膛底部有布风板(16)，布风板(16)水平设置，布风板(16)的下面为风室(III)，风室(III)的侧墙上有热解气循环输入接口(17)；在热解炉(IV)的密相区炉墙上有原料进料口(30)和氧化钙喷枪(19)；热解炉(IV)上部的热解气混合物出口(26)按切线方向进入分离室(V)；分离室(V)由引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体构成，引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体同轴设置，引气管(27)的上方连接热解气出口(1)，热解气出口(1)通过循环管(21)连接到高温循环风机(31)的吸风接口，高温循环风机(31)的出风接口连接到热解炉(IV)的热解气循环输入接口(17)；分离室(V)的回旋锥体下方通过半焦物料通道(25)连接到湍流流化床气化炉(I)的密相区；湍流流化床气化炉(I)的炉膛底部有布风板(13)，布风板(13)沿着半焦物料通道(25)的出料方向向下倾斜设置，布风板(13)的下方为风室(II)，风室(II)的侧墙上有热解气输入接口(14)；在布风板(13)低端一侧有排渣口(11)，排渣口(11)利用渣池的水封与外界隔离；排渣口(11)的上方炉墙上有等离子体喷枪(10)接入；湍流流化床气化炉(I)密相区的侧墙上有等离子体喷枪(10)和氧化钙喷枪(9)接入，氧化钙喷枪(9)的接入位置高于等离子体喷枪(10)且呈环形布局；合成气混合物出口(2)从湍流流化床气化炉(I)的上部接出。在悬浮流化床热解炉(IV)炉膛的3/4高度的上部设置气力输送段(VI)，气力输送段(VI)的截面收缩率为35～50％，变径处平滑过度；热解气混合物出口(26)由气力输送段(VI)的上部接出。在悬浮流化床热解炉(IV)的布风板(16)风帽上部20～30cm高度的炉墙一侧设置垃圾原料进料口(30)，垃圾原料通过压缩式螺旋进料器(20)进入到热解炉(IV)内，利用压缩式螺旋进料器(20)内挤压的原料来使炉内与外界隔离；氧化钙喷枪(19)在布风板(16)风帽上部10～20cm高度的炉墙上设置，多只氧化钙喷枪(19)呈环形布局，喷口指向炉内轴心。在湍流流化床气化炉(I)密相区的侧墙上有二氧化碳补充口(8)接入，运行时，通过向炉内补充二氧化碳来增加炉内碳酸化放热反应，提高气化炉内的温度，所用的二氧化碳来源于氧化钙煅烧炉内产生；在风室(II)的侧墙上有尾气输入接口(29)接入，输入尾部废气到气化炉进行循环处理，同时增加流化风量。
本发明的另一种气化炉设备，是将上述的悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)、湍流流化床气化炉(I)进行分体设置，用气固分离器(33)、输料阀(32)和半焦物料输送管(25b)来取代分离室(V)和半焦物料通道(25)。
上述的悬浮流化床热解炉(IV)和湍流流化床气化炉(I)的工作压力包括常压和增压方式。
本发明的一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化系统，其特征是系统主要由悬浮流化床热解炉、分离室、高温循环风机、湍流流化床气化炉、等离子体喷枪、余热锅炉、气固分离器、氧化钙煅烧炉、引气风机、合成气净化塔、压缩机和气柜组成，其中：悬浮流化床热解炉的上部出口连接到分离室，分离室的热解气出口连接到高温循环风机的吸风口，高温循环风机的出风口连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的下部风室；分离室的半焦混合物出口连接到湍流流化床气化炉下部的密相区；等离子体喷枪安装在湍流流化床气化炉下部的密相区，等离子体喷枪的工作气接口连接到余热锅炉的蒸汽管道；湍流流化床气化炉上部的合成气出口连接到余热锅炉的烟气进口，余热锅炉的烟气出口连接到气固分离器，气固分离器的料腿通过输料阀连接到氧化钙煅烧炉，氧化钙煅烧炉的氧化钙出口分别连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的氧化钙喷枪；气固分离器的合成气输出接口连接到引气风机的吸风口，引气风机的出风口连接到净化塔的进口，净化塔的合成气出口连接到压缩机的吸气口，压缩机的排气口连接到气柜。系统中，所述的悬浮流化床热解炉、分离室和湍流流化床气化炉包括一体化设备和分体式设备。系统中，还有碳酸钙补充仓连接到氧化钙煅烧炉。
本发明所述的方法和设备在不使用空气或氧气的条件下，以垃圾、生物质原料生产合成气，所产的合成气中氮气和二氧化碳的含量极低，主要成分为氢气和一氧化碳，是一种高热值的合成气，可直接用作城市煤气，或生产氢气、甲醇、二甲醚液化气等清洁能源。
本发明的有益效果是：把垃圾、生物质进行气化处理，生产清洁能源，产出价值高，变废为宝，消除了垃圾的污染，减排CO2，环保和生态效果突出，规模化生产后可以缓解能源紧张的局面。本发明与垃圾焚烧发电相比，具有如下优点：固态原料气化完全，能量转化率高；主产品为清洁能源，资源化利用程度高；废气排放量极低，容易进行净化处理，没有二次污染现象。本发明以把垃圾转化为二次清洁能源为主要目标，真正实现垃圾的无害化、减量化和资源化处理。
附图说明
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下所述的具体实施方式均不构成对本发明的限制：
图1是本发明的一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化设备结构图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是本发明的另一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化设备结构图。
图5是本发明的一种等离子体、氧化钙协同气化的以垃圾生物质原料生产合成气的系统方框图。
图中：1.热解气出口，2.合成气混合物出口，3.挡板，4.耐火蓄热炉墙，5.保温层，6.外壳，7.温度传感器，8.二氧化碳补充口，9.氧化钙喷枪，10.等离子体喷枪，11.排渣口，12.风帽，13.布风板，14.热解气输入接口，15.风帽，16.布风板，17.热解气循环输入接口，18.排渣管，19.氧化钙喷枪，20.压缩式螺旋进料器，21.热解气循环管，22.垃圾料斗，23.添加剂料斗，24.温度传感器，25.半焦物料通道，25b.半焦物料输送管，26.热解气混合物出口，27.引气管，28.高温风机，29.尾气输入接口，30.进料口，31.高温循环风机，32.输料阀，33.气固分离器，I.湍流流化床气化炉，II.风室，III.风室，IV.悬浮流化床热解炉，V.分离室，VI.气力输送段。
具体实施方式
图1、图2、图3所示的实施例中，气化设备主要由压缩式螺旋进料器(20)、悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)、湍流流化床气化炉(I)、氧化钙喷枪(9)、等离子体喷枪(10)、热解气循环管(21)、高温循环风机(31)和高温风机(28)组成，其中：悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)和湍流流化床气化炉(I)由耐火蓄热炉墙(4)一体构成，耐火蓄热炉墙用耐火混凝土浇筑或用耐火砖砌筑，耐火蓄热炉墙的外侧为保温层(5)，保温材料选用硅酸铝板材或珍珠岩颗粒，保温层的外侧为外壳(6)，外壳采用钢制壳体；悬浮流化床热解炉(IV)的炉膛底部有布风板(16)，布风板(16)水平设置，布风板(16)的下面为风室(III)，风室(III)的侧墙上有热解气循环输入接口(17)；热解炉(IV)的炉膛截面呈中间大两头小，下部的密相区为倒锥回旋体形，中段的稀相区为直筒回旋体形，炉膛的3/4高度上部的气力输送段(VI)为截面收缩50％的直筒回旋体，变径收缩口进行平滑过度；在悬浮流化床热解炉(IV)的布风板(16)风帽上部25cm高度的炉墙一侧设置垃圾原料进料口(30)，螺旋进料器(20)的压缩出料口伸入进料口(30)中，螺旋进料器(20)上有垃圾料斗(22)和添加剂料斗(23)；在热解炉(IV)的布风板(16)风帽上部15cm高度的炉墙上设置多只氧化钙喷枪(19)，氧化钙喷枪呈环形布局，喷口指向炉内轴心；在热解炉(IV)炉膛的侧墙上有温度传感器(24)；热解气混合物出口(26)在热解炉(IV)的上部，热解气混合物出口(26)按切线方向进入分离室(V)；分离室(V)由引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体构成，引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体同轴设置，引气管(27)的上方连接热解气出口(1)，热解气出口(1)通过循环管(21)连接到高温循环风机(31)的吸风接口，高温循环风机(31)的出风接口连接到热解气循环输入接口(17)；高温风机(28)的进风口连接到循环管(21)，高温风机(28)的出风口连接到气化炉风室(II)的热解气输入接口(14)；分离室(V)的回旋锥体下方通过半焦物料通道(25)连接到湍流流化床气化炉(I)的密相区。湍流流化床气化炉(I)的炉膛底部有布风板(13)，布风板(13)沿着半焦物料通道(25)的出料方向向下倾斜设置，布风板(13)的下方为风室(II)，风室(II)的侧墙上有热解气输入接口(14)；在布风板(13)低端一侧有排渣口(11)；多只等离子体喷枪(10)安装在排渣口(11)上方的炉墙上和气化炉(I)密相区的侧墙上，在气化炉(I)密相区的侧墙上还安装有多只氧化钙喷枪(9)，氧化钙喷枪(9)的接入位置高于等离子体喷枪(10)且呈环形布局；在气化炉(I)密相区的侧墙上有二氧化碳补充口(8)接入；在气化炉(I)炉膛的侧墙上有温度传感器(7)；在风室(II)的侧墙上有尾气输入接口(29)接入。合成气混合物出口(2)从湍流流化床气化炉(I)的上部接出。设备运行时，垃圾原料通过压缩式螺旋进料器(20)进入到热解炉(IV)内，利用压缩式螺旋进料器(20)内挤压的垃圾原料来使气化炉内与外界隔离，把细颗粒的添加剂与垃圾原料混合，在螺旋进料器(20)挤压时，可以起到更好的密封效果，所述的添加剂包括氧化钙粉料和煤粉；进入到热解炉(IV)内的垃圾原料在密相区和稀相区悬浮翻滚，原料随着受热分解、炭化，炭化的半焦受流化物料冲击，变小变轻，被吸入气力输送段(VI)，随着流化物料快速进入分离室(V)，固态半焦和流化物料被分离落入通道(25)，随后进入湍流流化床气化炉(I)的密相区，上下翻滚运动，完成气化，残炭用等离子体喷枪(10)予以燃烬，燃烬的灰渣从排渣口(11)排入水封式渣池。本实施例中的流化物料为热氧化钙粉和石英砂的混合物，通过调节热解炉(IV)的流化物料循环量来控制热解炉(IV)的操作温度为300～600℃，调节气化炉(I)的氧化钙输入量、二氧化碳补充量和调节等离子体喷枪的工作参数来控制气化炉(I)的操作温度为800～1150℃；用控制热解气和尾气输入到气化炉的量来调节气化炉内操作风速。
图4所示的实施例中，气化设备中的悬浮流化床热解炉(IV)、分离室(V)、湍流流化床气化炉(I)进行分体设置，为各自独立的设备，用气固分离器(33)、输料阀(32)和半焦物料输送管(25b)取代了分离室(V)和半焦物料通道(25)。
图5所示的一种等离子体、氧化钙协同气化的以垃圾生物质原料生产合成气的系统方框图中，系统主要由风选/风干设备、悬浮流化床热解炉、分离室、高温循环风机、湍流流化床气化炉、等离子体喷枪、余热锅炉、气固分离器、氧化钙煅烧炉、引气风机、合成气净化塔、压缩机和气柜组成，其中：悬浮流化床热解炉的上部出口连接到分离室，分离室的热解气出口连接到高温循环风机的吸风口，高温循环风机的出风口连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的下部风室；分离室的半焦混合物出口连接到湍流流化床气化炉下部的密相区；等离子体喷枪安装在湍流流化床气化炉下部的密相区，等离子体喷枪的工作气接口连接到余热锅炉的蒸汽管道；湍流流化床气化炉上部的合成气出口连接到余热锅炉的烟气进口，余热锅炉的烟气出口连接到气固分离器，气固分离器的料腿通过输料阀连接到氧化钙煅烧炉，氧化钙煅烧炉的氧化钙出口分别连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的氧化钙喷枪；气固分离器的合成气输出接口连接到引气风机的吸风口，引气风机的出风口连接到净化塔的进口，净化塔的合成气出口连接到压缩机的吸气口，压缩机的排气口连接到气柜。系统中，所述的悬浮流化床热解炉、分离室和湍流流化床气化炉包括一体化设备和分体式设备。系统中还有碳酸钙补充仓连接到氧化钙煅烧炉。系统运行时，把经过破袋破碎处理的垃圾生物质通过热风进行风选/风干后送入悬浮流化床热解炉，所述的热风利用系统余热加热空气产生，把经过风选/风干使用后的热风送入氧化钙煅烧炉的燃烧室，起助燃作用的同时消除臭气。
Claims (10)
1.一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法，包括有机质垃圾和/或生物质的气化处理技术，其特征是使有机质垃圾和/或生物质先在悬浮流化床热解炉膛内进行烘干和受热分解，然后在湍流流化床气化炉膛内完成气化和燃烬，其过程是：把有机质垃圾、生物质其中的一种或二种送入悬浮流化床热解炉内，在流化风的带动下，使有机质垃圾和/或生物质在悬浮流化床热解炉内悬浮翻滚，同时把加热的流化物料循环送入悬浮流化床热解炉内，所述的流化物料包括氧化钙细粉和石英砂，控制悬浮流化床热解炉内的温度为300～600℃，使有机质垃圾和/或生物质在悬浮流化床热解炉内经过烘干和受热分解过程，生成热解气和固态半焦产物；把热解气、固态半焦和流化物料从悬浮流化床热解炉的上部抽出，通过分离，把热解气用高温循环风机送入悬浮流化床热解炉底部的风室，再通过布风板吹入悬浮流化床热解炉内，形成流化风；分离出的固态半焦和流化物料进入湍流流化床气化炉内，同时把悬浮流化床热解炉生成的热解气作为流化风送入湍流流化床气化炉形成湍流环境，把水蒸汽通过等离子体喷枪加热到3100℃以上喷入湍流流化床气化炉内，与固态半焦进行反应，主要生成一氧化碳和氢气，并把半焦燃烬，在湍流流化床气化炉内，热解气中的水蒸汽与烟气炭微粒、半焦分别进行以水煤气反应为主的反应，生成一氧化碳和氢气；在悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉内反应过程产生的二氧化碳被氧化钙吸收进行碳酸化反应，生成碳酸钙并放出热量，通过向炉内补充输入二氧化碳和氧化钙进行放热反应，为炉内气化反应提供热量；湍流流化床气化炉内的气化反应所需的热量由等离子体提供和由氧化钙吸收二氧化碳的放热反应提供，控制湍流气化区内的温度为800～1150℃；通过热解和气化反应，把有机质垃圾和/或生物质转化为以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，炉内反应生成的合成气、碳酸钙粉料混合物从湍流流化床气化炉的上部抽出，通过余热锅炉降温后送入气固分离器进行分离，把分离出的碳酸钙粉料送入煅烧炉进行再生处理，生成氧化钙后再送回悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉进行循环利用；把分离出的合成气送入净化塔进行净化处理，净化后的合成气用压缩机压入气柜备用。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法，其特征是悬浮流化床热解炉内的操作风速为17～35m/s；湍流流化床气化炉内的操作风速为3～10m/s。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体、氧化钙协同气化的垃圾生物质气化方法，其特征是流化物料包括氧化钙与石英砂的混合物，粒径为20～100微米，其中氧化钙的循环量为炉内吸收二氧化碳、氯、硫合计分子数的2～3倍，使氧化钙进行碳酸化放热反应外，还有足够富余的氧化钙用作脱氯/脱硫剂，以抑制二恶英、二氧化硫的生成。
4.一种实现权利要求1所述方法的设备，其特征是气化设备主要由悬浮流化床热解炉(Ⅳ)、分离室(Ⅴ)、湍流流化床气化炉(Ⅰ)、氧化钙喷枪(9)、等离子体喷枪(10)、热解气循环管(21)和高温循环风机(31)组成，其中：悬浮流化床热解炉(Ⅳ)、分离室(Ⅴ)和湍流流化床气化炉(Ⅰ)由耐火蓄热炉墙(4)一体构成，耐火蓄热炉墙的外侧为保温层(5)，保温层的外侧为外壳(6)；
悬浮流化床热解炉(Ⅳ)的炉膛底部有布风板(16)，布风板(16)水平设置，布风板(16)的下面为风室(Ⅲ)，风室(Ⅲ)的侧墙上有热解气循环输入接口(17)；在悬浮流化床热解炉(Ⅳ)的密相区炉墙上有原料进料口(30)和氧化钙喷枪(19)；悬浮流化床热解炉(Ⅳ)上部的热解气混合物出口(26)按切线方向进入分离室(Ⅴ)；
分离室(Ⅴ)由引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体构成，引气管(27)、捕集环壁和回旋锥体同轴设置，引气管(27)的上方连接热解气出口(1)，热解气出口(1)通过循环管(21)连接到高温循环风机(31)的吸风接口，高温循环风机(31)的出风接口连接到悬浮流化床热解炉(Ⅳ)的热解气循环输入接口(17)；分离室(Ⅴ)的回旋锥体下方通过半焦物料通道(25)连接到湍流流化床气化炉(Ⅰ)的密相区；
湍流流化床气化炉(Ⅰ)的炉膛底部有布风板(13)，布风板(13)沿着半焦物料通道(25)的出料方向向下倾斜设置，布风板(13)的下方为风室(Ⅱ)，风室(Ⅱ)的侧墙上有热解气输入接口(14)；在布风板(13)低端一侧有排渣口(11)，排渣口(11)的上方炉墙上有等离子体喷枪(10)接入；湍流流化床气化炉(Ⅰ)密相区的侧墙上有等离子体喷枪(10)、氧化钙喷枪(9)接入，氧化钙喷枪(9)的接入位置高于等离子体喷枪(10)且呈环形布局；合成气混合物出口(2)从湍流流化床气化炉(Ⅰ)的上部接出。
5.根据权利要求4所述的一种设备，其特征是在悬浮流化床热解炉(Ⅳ)炉膛的3/4高度的上部设置气力输送段(Ⅵ)，气力输送段(Ⅵ)的截面收缩率为35～50％，热解气混合物出口(26)从气力输送段(Ⅵ)的上部接出。
6.根据权利要求4所述的一种设备，其特征是悬浮流化床热解炉(Ⅳ)的垃圾原料进料口(30)在布风板(16)风帽上部20～30cm高度的炉墙一侧设置，氧化钙喷枪(19)在布风板(16)风帽上部10～20cm高度的炉墙上设置，多只氧化钙喷枪(19)呈环形布局，喷口指向炉内轴心。
7.根据权利要求4所述的一种设备，其特征是湍流流化床气化炉(Ⅰ)密相区的侧墙上有二氧化碳补充口(8)接入；在风室(Ⅱ)的侧墙上有尾气输入接口(29)接入。
8.根据权利要求4所述的一种设备，其特征是悬浮流化床热解炉(Ⅳ)、分离室(Ⅴ)、湍流流化床气化炉(Ⅰ)为分体设置，用气固分离器(33)、输料阀(32)和半焦物料输送管(25b)来取代分离室(Ⅴ)和半焦物料通道(25)。
9.一种实现权利要求1所述方法的系统，其特征是系统主要由悬浮流化床热解炉、分离室、高温循环风机、湍流流化床气化炉、等离子体喷枪、余热锅炉、气固分离器、氧化钙煅烧炉、引气风机、合成气净化塔、压缩机和气柜组成，其中：悬浮流化床热解炉的上部出口连接到分离室，分离室的热解气出口连接到高温循环风机的吸风口，高温循环风机的出风口连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的下部风室；分离室的半焦混合物出口连接到湍流流化床气化炉下部的密相区；等离子体喷枪安装在湍流流化床气化炉下部的密相区，等离子体喷枪的工作气接口连接到余热锅炉的蒸汽管道；湍流流化床气化炉上部的合成气出口连接到余热锅炉的烟气进口，余热锅炉的烟气出口连接到气固分离器，气固分离器的料腿通过输料阀连接到氧化钙煅烧炉，氧化钙煅烧炉的氧化钙出口分别连接到悬浮流化床热解炉和湍流流化床气化炉的氧化钙喷枪；气固分离器的合成气输出接口连接到引气风机的吸风口，引气风机的出风口连接到净化塔的进口，净化塔的合成气出口连接到压缩机的吸气口，压缩机的排气口连接到气柜。
10.根据权利要求9所述的一种系统，其特征是悬浮流化床热解炉、分离室和湍流流化床气化炉可设置成一体化设备或分体式设备。
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