技术领域本发明涉及碳质材料气化领域，具体地，涉及一种气化炉装置。
背景技术：
近年来，国内外煤气化技术开发及应用已大有进展。根据固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势，并比较了国内外主要的煤气化技术，对当前煤化工技术及产业发展中令人关注的热点，如能量高效转化与合理回收方式、煤种适应性、大型化、装置可靠性、污水处理、技术集成以及产业政策等进行了分析和讨论后，行业专家多认为高压、大容量气流床气化技术具有良好的经济和社会效益，代表着目前煤气化技术的发展趋势。随着科学技术和社会经济的发展，大型煤气化技术也将不断发展，如何提高煤气化整体效率、煤种适应性、气化炉单炉生产能力、装置的可靠性、提高和推进绿色气化工艺、减少污染物排放、降低投资强度、强化煤气化与新型煤化工的技术集成是煤气化技术的发展方向。为适于大规模气化，现有技术中对气化炉的自身结构及气化原料、气化剂的进料、喷料布置等都进行了大量优化研究。例如专利文献CN102911740A中公布了一种两段式气流床气化装置，包括气化炉上段气化室和气化炉下段气化室，气化炉上段气化室四周设有至少一层侧面工艺烧嘴室，至少两个侧面工艺烧嘴对称设于侧面工艺烧嘴室；气化炉下段气化室两侧同轴设有对置式工艺烧嘴室内。其中，通过设置多个气化室，可优化炉内温度分布，对炉体损伤小，更能够提高气化炉处理量，但由于使得炉体体积较大，增加了占地面积及很大的投资成本；而且多个工艺烧嘴设置则需要多套气化剂和气化原料输送系统，很容易造成系统不稳定，且投资成本增加较大。专利文献CN1903998B则公开了一种典型的气化器注射器，包括两级泥流分离器和在它上面整合了冷却系统的注射器面板。第一级分离器将主泥流分离成多个二级泥流，每个二级泥流则又通过第二级分离器将二级泥流分离成多个三级泥流，三级泥流则通过泥流注射管以高压泥流形式注入气化室。反应剂在高压下以环状喷雾形式通过整合在注射器面板上的多个环状冲击孔冲击在每一个高压泥流上。此专利文献中未改变气化炉自身结构，气化注射器采用分级分料及喷雾方式，虽然可强化气固混合，但由于气化原料输送管径越来越小，很容易造成输送堵塞，且加工困难；多个注射管以同轴射流形式整合在注射面板上会造成注射面板温度极高，面板极易烧坏。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述缺陷或不足，本发明提供了一种环式撞击型气化炉，适于大规模气化处理，且能够优化炉内温度分布，强化气固混合，提高燃料利用率，提高气化炉使用寿命。为实现上述目的，本发明提供了一种气化炉，包括内设气化室的炉体，所述炉体的上部设有气化原料喷嘴，该气化原料喷嘴朝向所述气化室喷出环状气化原料流体，所述炉体上还设有多个与所述气化原料喷嘴非同轴布置的多个气化剂喷嘴，多个所述气化剂喷嘴喷出的气化剂流体与所述环状气化原料流体在所述气化室内相互撞击而发生燃烧和气化反应。优选地，所述气化原料喷嘴内形成有供气化原料通过的单流体通道，所述单流体通道内设有分料器，使得气化原料流体经过所述分料器后从所述单流体通道的出口端呈环状流体喷出。优选地，所述分料器包括顶端的圆锥端和底端的圆柱端，所述圆锥端的顶点朝上，所述圆柱端的圆柱面与所述单流体通道的内周壁之间形成有环形间隔空间，向下流动的所述气化原料流体经由所述圆锥端的圆锥面后分流至所述环形间隔空间以形成环状流体喷出。优选地，所述分料器包括沿径向依次间隔套设的多个套管，所述气化原料流体经由相邻两个所述套管之间的环形间隔空间呈环状流体喷出。优选地，所述分料器为设置在所述单流体通道的横截面上的多孔分料板，该多孔分料板的外周缘部依次间隔布置有多个贯通孔。优选地，所述气化原料喷嘴包括喷嘴座体，所述炉体的顶盖部设有安装孔，所述喷嘴座体嵌入安装于所述安装孔中；其中，所述单流体通道形成于所述喷嘴座体内，且所述喷嘴座体内嵌设有盘绕所述单流体通道的内周壁设置的冷却液盘管。更优选地，围绕所述气化室的炉体周壁包括从外至内的保温层、气化剂环层和水冷壁，所述气化剂喷嘴将所述气化剂环层中的气化剂呈流体状喷向所述气化室。优选地，所述气化剂喷嘴从所述炉体的顶盖部的水冷壁向内且倾斜向下伸出。优选地，所述气化原料喷嘴安装在所述炉体的顶盖部的中心且所述气化原料流体竖直向下喷出，所述气化剂喷嘴喷出的气化剂流体朝向所述气化原料流体倾斜向下喷出，所述气化原料流体与所述气化剂流体之间的碰撞夹角0°<α<180°。优选地，所述气化剂喷嘴喷出的气化剂流体的流速大于所述气化原料喷嘴喷出的所述环状气化原料流体的流速。优选地，所述气化剂喷嘴连接的气化剂输送管布置在所述气化剂环层内，所述气化剂输送管包括输送母管和多个输送支管，所述输送母管环绕布置在所述气化剂环层的底部，且所述输送母管沿周向间隔设置有多个气化剂入口，每个所述气化剂喷嘴分别通过相应的所述输送支管连接至所述输送母管。根据上述技术方案，在本发明的环式撞击型气化炉中，气化剂与气化原料并不从单一喷嘴喷入气化室内，而是通过独立布置的气化剂喷嘴和气化原料喷嘴分别喷出，使得气化剂流体与气化原料流体在气化室内撞击而发生燃烧和气化反应；气化原料喷嘴具体地布置在炉体的顶盖部，气化原料可由此独立地大规模进料，无须考虑与气化剂在喷嘴安装处的混合，多个气化剂喷嘴环绕布置在气化室的内周壁，使得碰撞区域能够均布于气化室中部，环式撞击的混合充分，强化气固混合效果，提高燃料利用率，且远离撞击区域的炉体内壁及喷嘴安装处的温度更低，可提高气化炉使用寿命。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为根据本发明的优选实施方式的环式撞击型气化炉的示意性剖视图；图2与图1类似，仅增加显示了气化剂输送管的布置；图3为气化原料喷嘴的示意性剖视图，图中显示了一种优选结构形式的分料器；图4为图3所示的气化原料喷嘴的示意性俯视图；图5为图3所示的另一种优选结构的气化原料喷嘴的示意性俯视图；图6与图3类似，但显示了另一种优选结构形式的分料器；图7为图6所示的气化原料喷嘴的示意性俯视图；图8为气化剂输送管的一种布置结构示意图；图9为图8中气化剂输送管的示意性俯视图；图10为气化原料流体与气化剂流体在气化室内的碰撞示意图。附图标记说明1气化原料喷嘴2气化室3激冷室11单流体通道12分料器13冷却液盘管21水冷壁22气化剂环层23保温层24输送母管31下降管32渣池33合成气出口34排渣口111环形间隔空间131喷嘴冷却液入口132喷嘴冷却液出口221输送支管222气化剂喷嘴241气化剂入口α向下倾斜角度具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“竖直方向”指的是图示的纸面上下方向；“内、外”通常指的是相对于炉内腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。此外，申请人在此之前的中国专利申请CN201510740660.8的全文内容作为参考在此整体引用。如图1所示，本发明提供了一种环式撞击型气化炉，包括内设气化室2的炉体，炉体的顶盖部安装有气化原料喷嘴1，该气化原料喷嘴1朝向气化室2向下喷出环状气化原料流体，气化室2的内周壁设有沿周向间隔布置的多个气化剂喷嘴222，多个气化剂喷嘴222与气化原料喷嘴1非同轴布置，其喷出的气化剂流体与气化原料流体在气化室2内相互撞击而发生燃烧和气化反应。需要说明的是，本发明的气化原料为碳质材料，不含气化剂，碳质材料可以是煤、煤直接液化残渣、重质渣油、焦、石油焦、油砂、页岩油、碳质工业废料或尾料、生物质、合成熟料、合成聚合物、废轮胎、市政固体垃圾、沥青和/或他们的混合物。气化原料的气化原理是将碳质材料如煤炭等在破碎、干燥后被输送并通过喷嘴喷入高温的气化炉中，在气化室内与气化剂产生燃烧反应以生产合成气。在采用气化炉进行碳质材料的气化时，现有技术中通常将碳质材料与气化剂通过炉体顶部或侧部的同一喷嘴一并喷入气化室内，进行混合燃烧气化，但这种方式中气化原料的流体通道小，难以进行大规模气化处理。为此，本发明将炉体顶部的气化原料喷嘴1用于气化原料的单独进料，即气化原料喷嘴1内形成有供气化原料通过的单流体通道11。在相同尺寸的喷头结构的基础上，最大程度地扩大气化原料的进入流量。在图示的实施方式中，单流体通道11的横截面呈圆形。相较于需要预留出气化剂通道的常规喷头而言，单流体通道11的截面积扩大，适于大规模碳质材料的气化。同时，多个气化剂喷嘴222则沿周向间隔布置在气化室2的内周壁上，可单圈或多圈布置。从而如图10所示地，环状气化剂流体能够向内且向下地喷出，例如呈倒锥流体面喷出，在竖直向下的环状气化原料流体的周向形成撞击，达到气固混合及气化燃烧的目的。同时，由于撞击区位于炉体轴心，燃烧火焰远离炉体内壁和喷嘴，因而可保护喷嘴和水冷壁，即延长气化炉使用寿命。其中，为强化气固混合效果，气化原料流体优选为横截面呈环状向下喷出，即环状气化原料流体，使得多股气化剂流体在气化原料流体的周向均匀碰撞。此环状气化原料流体具有空的中心部，使得受到气化原料流体向内的径向冲击后，环状气化原料流体可径向向内收缩、混合。因此，环状气化原料流体应不具有中心流。为此，如图1和图2所示，气化原料喷嘴1的单流体通道11内特别设有分料器12，使得气化原料流体经过分料器12后从单流体通道11的底部出口端呈环状流体喷出。图3和图4分别图示了分料器12的一种优选结构形式。其中，该分料器12包括顶端的圆锥端和底端的圆柱端，圆锥端的顶点朝上，圆柱端的圆柱面与单流体通道11的内周壁之间形成有如图4所示的环形间隔空间111，向下流动的气化原料流体经由圆锥端的圆锥面后分流至环形间隔空间111以形成环状流体喷出。图示的柱状分料器12可将单股气化原料更均匀地分散至环形间隔空间111，形成环形流体状。此外，也可采用图5所示的分料器12，即设置在单流体通道11的横截面上的多孔分料板形式，该多孔分料板的外周缘部依次间隔布置有多个贯通孔。多孔分料板可以是平板也可以是曲面板、锥面板等。图6和图7中则图示了分料器12的另一种优选结构形式。其中，套管状分料器12包括沿径向依次间隔套设的多个套管，气化原料流体经由相邻两个套管之间的环形间隔空间111呈环状流体喷出。单股气化原料通过套管状分料器12后可形成沿径向间隔的多层环形流体，使得气化剂流体与气化原料流体之间形成多层次撞击，气固混合效果更好。在本实施方式中，气化原料喷嘴1包括喷嘴座体，炉体的顶盖部设有安装孔，喷嘴座体可嵌入安装于顶盖部的安装孔中。其中，单流体通道11形成于喷嘴座体内，为避免热浪对喷嘴座体的炙烤损伤，喷嘴座体内还特别嵌设有盘绕单流体通道11的内周壁的冷却液盘管13，喷嘴冷却液入口131和喷嘴冷却液出口132优选为分别设置在喷嘴座体的顶面，以便于分别通入和排出冷却液。在试验时，喷嘴冷却液入口131的冷却液温度约为50℃，而喷嘴冷却液出口132的冷却液温度约可达80℃。在图示的气化原料喷嘴1及其安装结构中，气化原料喷嘴1的结构简单，便于加工，成本低且操作方便。只用于输送气化原料，可最大化单流体通道11，适于大规模的气化需要，提高气化炉的单炉处理能力，降低气化投资强度。以下阐述气化剂喷嘴222及其布置在气化炉内的布置及相应地气化炉的结构改进。气化炉内通常设有水冷壁以保护炉体，并且外壳部设有保温层以抑制对外散热。在本发明中，围绕气化室2的炉体周壁特别地形成为夹层结构，即包括从外至内的保温层23、气化剂环层22和水冷壁21，气化剂喷嘴222连接的气化剂输送管(见图2和图7)则布置在气化剂环层22内。通过这种炉壁夹层结构设计，水冷壁21所吸收的气化室内部分热量，可被气化剂环层22中的气化剂带走，可冷却保护水冷壁21，且被加热的气化剂重新通过气化剂喷嘴222进入气化室2内。因此，气化剂环层22一方面回收了部分气化余热，另一方面因气体导热系数较低，避免了保温层23的温度过高。低温的气化剂环层22对气化剂喷嘴222也具有冷却保护作用。可见，水冷壁21与气化剂环层22的结合，有效的回收了气化炉余热，且避免了炉体外壳高温，能够更有效地延长气化剂喷嘴222寿命和水冷壁21寿命。为使得撞击区域尽量靠近气化室2的轴心部位，且使得撞击后的流体尽量向下而不向上返混，喷出的气化剂流体应优选为斜向下喷出。为此，气化剂喷嘴222优选为从炉体的顶盖部的水冷壁21向内且倾斜向下伸出。具体地，如图9所示，气化原料喷嘴1优选地安装在炉体的顶盖部的中心且气化原料流体竖直向下喷出，气化剂喷嘴222喷出的气化剂流体朝向气化原料流体倾斜向下喷出，气化原料流体与气化剂流体之间的撞击夹角0°<α<180°，α优选满足30°≤α≤60°。撞击后，混合流体基本向下流动，避免返混。需要说明的是，图1和图2所示的炉体的顶盖部为常规的半球形形状，气化剂喷嘴222可方便安装。但本发明不限于此，炉体的顶盖部也可以是例如球台形或平板形等，气化剂喷嘴222同样可实现向下倾斜安装或倾斜角度可调节的灵活安装。其中，作为一种管道布气方式，如图8和图9所示，气化剂输送管可包括输送母管24和多个输送支管221，输送母管24环绕布置在气化剂环层22的底部，且输送母管24沿周向间隔设置有一个或多个气化剂入口241，例如优选为4～8个，每个气化剂喷嘴222分别通过相应的输送支管221连接至输送母管24。具体地，图9中所示气化剂喷嘴222多达36个，沿周向等间隔排布，因而36根输送支管221在气化剂环层22内密集地沿竖向排布，36根输送支管221的底端连通输送母管24，输送母管24的周向等间隔设置有4个气化剂入口241以均匀进气。当然本领域技术人员能够理解的是，并不限于上述母管和支管方式，作为另一种管道布气方式，气化剂输送管也可采用盘绕式布置，即围绕水冷壁21从气化剂环层22的底部向上盘绕至连接多个气化剂喷嘴222。甚至可以无需设置输送支管，即气化剂环层22中不设置密集排布的输送管，气化剂进入并充满气化剂环层22，压力足够时将直接进入气化剂喷嘴222喷出。另外，炉体内还形成有位于气化室2下方的激冷室3，采用湿法排渣时，该激冷室3的底部为渣池32，气化室2内的水冷壁21的底端连接有下降管31，该下降管31向下延伸至渣池内，渣池的底端为排渣口34，炉体的侧壁设有合成气出口33。在气化炉的使用过程中，气化原料从气化喷嘴的气化原料喷嘴1的入口进入，经分料器12将气化原料分成1个或多个环状流体从气化原料喷嘴1的出口垂直向下喷出，与来自经由气化剂的输送总管24分配至气化剂输送支管221，而后从气化剂喷嘴222喷出的气化剂流体以α角撞击气化原料流体。其中，气化剂喷嘴222的出口处的气化剂流体的速度可约为70m/s，而气化原料喷嘴1的的出口处的气化原料流体速度可约为8m/s，气化原料流体速度优选为气化剂流体速度的2～10倍。相互撞击后大量气化原料被分散且与气化剂充分混合，同时气化剂将气化原料携带至气化室2中心与气化剂在大约1300～1600℃的氛围下发生气化反应。由于气化原料在远离气化原料喷嘴1和水冷壁21发生气化反应，因而有效地避免了高温火焰对气化原料喷嘴1和水冷壁21的损害。因气化反应产生的多余的热量部分通过水冷壁21移走，部分则加热气化剂环层22中的气化剂，被加热的气化剂重新通过气化剂喷嘴222喷入气化室2内。因此气化剂环层22一方面回收了部分气化余热，另一方面因气体导热系数较低，避免了保温层23温度过高，且环气化剂层对气化剂喷嘴222还有冷却作用。气化反应产生的粗合成气、灰渣等通过下降管31输送至渣池32的液面以下，气化熔渣在渣池32被冷却，而部分飞灰也被洗涤，最终从排渣口34排出，同时合成气从渣池32出来后经合成气出口33排出。此外，还采用了CFD(ComputationalFluidDynamics)软件模拟了本发明的气化炉内部的温度和速度场分布。从温度分布模拟结果可以得出，气化炉内的高温区域主要出现在气化原料与气化剂的撞击区域，气化原料喷嘴1的出口温度较低，接近285K。同时因燃烧产生的火焰也主要集中在撞击区域，对水冷壁21无损害，而水冷壁21表面也保持了一定的温度(约1635K)，如此保障了水冷壁21表面渣的熔融状态，实现“以渣抗渣”水冷壁保护效果。从速度分布模拟结果可以看出，气化炉内气化原料和气化剂相互撞击后，产生的流体基本保持在炉体中心流动，且返混较少。下面以具体实例对本发明气化炉的使用、条件及其效果进行具体说明：以一套日处理3000吨煤的干煤粉加压气化反应装置为例，使用本发明的气化炉，其中气化室2的内径为2000mm，气化炉高度为4000mm。气化原料(煤粉)的喷嘴喷口的内径(即单流体通道11的内径)为168mm，气化剂(氧气)的喷口内径为35mm，设置的气化剂喷嘴222为8个，气化剂喷射角度(即向下倾斜角度α)为45°。气化反应采用的原煤的煤质分析见下表：表1煤质分析表表2灰渣的熔融特性：℃变形温度DT软化温度ST流动温度FT111011901270主要操作条件：气化温度：1500℃；气化压力：4.0MPa；氧气/原料：0.56Nm3/kg；煤粉输送介质：N2。根据以上试验条件，获得的主要气化试验结果如下：合成气出口33排出的气化煤气的主要组成(干基)：mol％COH2CO2N261.7231.531.034.73其中，碳转化率：99.06％，冷煤气效率：80％，CO+H2含量：93.25％，比氧耗：298Nm3/1000Nm3(CO+H2)，比煤耗：532Nm3/1000Nm3(CO+H2)，出口温度：1489℃。可见，使用本发明的气化炉，可进行干煤粉的大规模气化，通过气化炉及其部件的优化改进，可优化炉内温度分布，强化气固混合，提高燃料利用率，取得预期效果。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行各种简单变型，例如可采用其它结构形式的分料器12，例如简单的筛网形式的分料器12，另外，在图示的实施方式中，炉体的顶盖部仅包括保温层23和水冷壁21，但显然也可同样地设置为夹层结构，即还包括气化剂环层22，这些简单变型均落入本发明的保护范围内。上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。