一种粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料工艺及装置的制作方法

本发明涉及一种粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料工艺及装置，属于粉煤热解。

背景技术：

1、粉煤快速热解是煤炭分质清洁高效利用的核心工艺，通过在高温反应器内快速加热粉煤，实现煤焦油、煤气、半焦等高附加值产物的定向转化，其反应温度的稳定性与煤粉热解的充分性，直接决定装置的运行效率、产品品质与长周期运行水平。

2、在现有粉煤快速热解装置的开车及负荷提升过程中，普遍采用直接大负荷进煤的进料方式：装置升温至反应温度后，一次性将煤粉进料量提升至设计负荷（如60t/h），冷煤粉直接进入高温反应器。这种传统进料方式在工业应用中暴露出诸多难以克服的技术缺陷：

3、1）反应器温度骤降，工况稳定性差：冷煤粉进入反应器后快速吸热，导致反应器温度骤降40～80℃，超出热解工艺允许的温度波动范围，引发流化状态紊乱、反应不完全等问题；

4、2）煤粉热解不充分，细粉夹带量高：温度大幅波动会导致部分煤粉未达到热解温度即被带出反应器，形成大量未热解细粉，随气流进入下游分馏系统，造成塔底油固含量超标、煤焦油品质下降；

5、3）装置运行风险高，长周期稳定性差：温度骤降易导致反应器内重质油气冷凝析油，粘附在设备内壁及料腿区域，引发结焦堵塞，大幅增加装置非计划停车风险；

6、4）负荷提升过程不可逆，工艺调整难度大：直接大负荷进煤的方式缺乏缓冲调节空间，一旦温度骤降，需通过减少进料、补充热源等方式反复调整，操作复杂且易引发次生问题。

7、现有技术中，虽有部分研究通过控制升温速率、优化流化状态来改善温度稳定性，但均未从进料方式与热场构建的核心逻辑上解决问题，仍未摆脱“直接进煤”的固有模式，无法从根本上消除温度骤降对热解工艺的影响。因此，亟需研发一种新型进料方案，以解决传统直接进煤方式导致的温度波动大、热解不完全、装置稳定性差等技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料工艺及装置，通过粉焦循环预热构建稳定高温热场，结合阶梯式煤粉替换进料方式，实现反应器温度的精准控制，避免冷煤粉集中吸热造成的温度波动，提升煤粉热解效率，降低细粉夹带量，减少料腿结焦堵塞风险，提高装置负荷提升过程的可控性与稳定性，满足粉煤快速热解装置安全、高效、长周期运行的工程需求。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料装置，包括：

4、粉煤快速热解反应器，所述粉煤快速热解反应器为升管或流化床结构，其内部设置有至少两个温度监测点；

5、粉焦循环系统，所述粉焦循环系统包括依次连接的粉焦收集装置、循环粉焦输送管线和循环粉焦进料阀，所述循环粉焦进料阀的输出端连接至所述粉煤快速热解反应器的进口，以将热解产生的高温粉焦输送回反应器形成循环回路；

6、煤粉进料系统，所述煤粉进料系统包括依次连接的煤粉仓、煤粉计量输送装置和煤粉进料阀，所述煤粉进料阀的输出端连接至所述粉煤快速热解反应器的进口，所述煤粉计量输送装置被配置为能够调节煤粉进料速率；

7、温度监测与控制系统，所述温度监测与控制系统包括温度传感器和dcs控制器，所述温度传感器设置于所述粉煤快速热解反应器内部，所述dcs控制器分别与所述煤粉计量输送装置、循环粉焦进料阀及温度传感器电性连接，以根据温度反馈信号联动调节煤粉进料速率和粉焦循环量。

8、进一步的，所述粉煤快速热解反应器内的温度监测点包括沿物料流向布置的第一温度监测点t1和第二温度监测点t2，用于实时监测反应器轴向不同位置的反应温度。

9、进一步的，所述粉焦收集装置用于收集温度为500~550℃的热解粉焦，所述循环粉焦输送管线配置有耐高温输送泵或气力输送装置。

10、进一步的，所述煤粉计量输送装置包括螺旋给料机和电子皮带秤，所述螺旋给料机的转速由所述dcs控制器调节，以实现进料速率控制，所述煤粉计量输送装置的进料速率调节范围为0~50t/h，调节精度为±0.5t/h。

11、进一步的，所述dcs控制器内置有阶梯式进料控制逻辑，被配置为在装置升温至设定温度并启动粉焦循环后，控制煤粉进料速率按预设梯度逐步提升，并同步控制粉焦循环量按对应梯度逐步降低。

12、进一步的，所述预设梯度为每间隔1~2小时提升煤粉进料速率1~2t/h。

13、进一步的，所述dcs控制器还配置有温度阈值报警及自动调节模块，当所述温度传感器检测到的温度偏离设定值超过±10℃时，自动触发调节：温度偏高时提高煤粉进料速率，温度偏低时降低煤粉进料速率并提高粉焦循环量。

14、进一步的，所述粉煤快速热解反应器的进口处设置有用于混合煤粉与循环粉焦的混合腔室，所述混合腔室位于所述循环粉焦进料阀和煤粉进料阀的下游汇合处。

15、进一步的，还包括安全联锁系统，当反应器温度波动超过±20℃时，所述安全联锁系统强制切断煤粉进料阀并全开循环粉焦进料阀。

16、第二方面，本发明提供了一种粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料工艺，采用如上所述的粉煤快速热解粉焦循环预热阶梯式进料装置实现，包括以下步骤：

17、s1：装置升温阶段，将粉煤快速热解反应器升温至热解设定温度；

18、s2：粉焦循环预热阶段，启动粉焦循环系统，将高温粉焦输送回反应器，维持反应器温度稳定在设定温度±5℃范围内，构建均匀高温热场；

19、s3：阶梯式进料阶段，开启煤粉进料系统，以1t/h的初始速率向反应器输送煤粉，之后每间隔1~2小时将煤粉进料速率提升1~2t/h，同时同步等幅度降低粉焦循环量，直至煤粉进料速率达到目标负荷；

20、s4：闭环温控阶段，通过温度传感器实时监测反应器温度，当温度波动超过±10℃时，通过dcs控制器自动调整煤粉进料速率与粉焦循环量，使反应器温度稳定在设定温度±10℃范围内；

21、s5：正常运行阶段，当煤粉进料速率达到目标负荷且温度稳定后，关闭粉焦循环系统，装置进入常规热解运行工况。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

23、一、反应器温度稳定性显著提升：通过粉焦循环预热与阶梯式进料，反应器温度波动由传统工艺的40～80℃降至±10℃以内，彻底解决了直接进煤导致的温度骤降问题，为煤粉充分热解提供了稳定的温度条件；

24、二、煤粉热解效率大幅提高：稳定的高温热场确保煤粉进入反应器后即处于最佳热解温度环境，热解率由传统工艺的75～85%提升至95%以上，未热解细粉夹带量降低60%以上，塔底油固含量显著下降，煤焦油品质大幅提升；

25、三、装置运行稳定性与安全性增强：避免了温度骤降导致的油气冷凝析油与料腿结焦堵塞，减少了装置非计划停车风险，装置长周期连续运行时间延长；

26、四、工艺操作便捷性提升，能耗降低：阶梯式进料过程操作简单，无需频繁调整装置工况，降低了人工操作强度；同时，循环粉焦的利用减少了额外热源的消耗，装置能耗降低约5～8%，具有显著的经济效益；

27、五、工艺适应性强，推广应用价值高：本工艺可适配不同规模、不同煤种的粉煤快速热解装置，无需对现有装置进行大规模改造，仅需增设粉焦循环系统与温度控制模块即可实施，具有良好的推广应用前景。