本实用新型涉及碳纤维废气处理设备技术领域，具体涉及一种带冷却外壳的多段式直燃炉。
背景技术：
炭化处理是碳纤维生产过程中的必要环节，从炭化炉排放出高温的废气，其温度在500-1000℃，废气以氮气为主，污染物成分主要是氰化氢、一氧化碳、氨气、焦油等。由于这部分废气的气体总量很少，所以废气污染物的浓度很高。而氰化氢是国家有毒有害物质名录里的一种剧毒物质，具有极大的毒害性，另外一氧化碳、氨气、焦油等也有一定的毒害性和刺激性，因此，这些废气必须经过高效处理，方能达标排放。由于废气的温度高、浓度大，国家的排放限值非常低，所以普通的技术手段均无法处理。采用直接燃烧的方法，是一种可行的方案，多段式直燃炉则是直接燃烧的一种新型可靠的处理设备，废气去除效率高，而且氮氧化物排放浓度低。多段式直燃炉处理碳纤维炭化炉废气的基本原理是将废气处理分三步进行，首先在1100℃以上的高温下贫氧燃烧，使废气中的有害成分发生还原反应，氰化氢、氨气、焦油等还原为氮气、一氧化碳、氢气，然后对还原后的气体喷水降温，使温度降至760℃以上，最后降温后的气体再与空气中的氧气发生氧化分解反应，用以彻底去除破坏之前还原反应生成的氢气、一氧化碳、以及残留的碳氢化合物，从而实现废气的彻底净化。
目前，多段式直燃炉还原区的反应温度高达1100多摄氏度，现多采用保温棉对炉体内部进行保温，但保温棉厚度达到一定程度以后，直燃炉的外壳温度会下降的比较缓慢，一般炉体加装保温棉之后外壳表面温度尚有120℃以上，外壳温度高不仅造成热能损失，增加运行成本，还存在一定程度的安全问题，这就需要从技术角度和经济角度平衡考虑。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带冷却外壳的多段式直燃炉，它可以解决现有技术中多段式直燃炉的热量损失大，直燃炉外壳温度高的问题。为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种带冷却外壳的多段式直燃炉，包括内炉体与外壳体，所述内炉体设于所述外壳体内部，两者之间形成冷却腔体，所述内炉体的内壁连接保温层，所述内炉体的内部包括依次设置的还原室、冷却室及氧化室，所述还原室连接废气进气管，所述氧化室连接排气管，所述外壳体上设有冷空气进气口，所述冷却腔体连接排热导管，所述排热导管上设有排气风机。
优选的技术方案，所述还原室连接燃烧机，所述冷却室连接液体喷雾器，所述氧化室连接氧化空气进气管。
进一步的技术效果，所述燃烧机为在还原室提供反应所需要的热量，所述液体喷雾器向冷却室内喷洒水喷雾，有助于冷却室内的气体快速降温，空气进气管为氧化室提供氧化反应所需要的氧气。
优选的技术方案，所述保温层为蓄热陶瓷纤维棉层，设于所述还原室内的部分保温层的表面覆盖有轻质浇注料层。
进一步的技术效果，保温采用轻质浇注料与陶瓷纤维棉相接结合的方式，在确保内炉体的外壁温度不会过高的同时，减轻了直燃炉的重量。
优选的技术方案，所述还原室内设有扼流圈，所述扼流圈环绕所述还原室的内壁并在还原室的内壁上形成环状凸起。
进一步的技术效果，所述扼流圈使废气在还原区形成充分的绕流，确保废气能够充分的反应。
优选的技术方案，所述冷空气进气口包括设于所述外壳体上的复数个空气进气孔，所述排热导管设于所述冷却腔体靠近所述还原室的一端。
进一步的技术效果，冷的空气由空气进气孔进入冷却腔体，空气进气孔分布在外壳体的各个位置，使得冷的空气从不同的角度进入冷却腔体，保证冷的空气与内炉体的外壁能够充分换热。
与现有技术相比，本实用新型的多段式直燃炉在外部设置了外壳体，外壳体与内炉体之间形成冷却腔体，冷的空气在排气风机的抽送下经空气进气口进入冷却腔体，冷的空气与温度较高的内炉体外壁进行对流换热，使得内炉体的外壁温度下降，冷的空气经预热以后被送往车间再利用。本实用新型的工艺简单，热能回收率高，外壳体及排气风机的成本很低，节省了设备的制造成本，实现了技术与经济的平衡。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型多段式直燃炉的结构示意图；
其中，附图标记具体说明如下：内炉体1、外壳体2、冷却腔体3、还原室4、冷却室5、氧化室6、燃烧机7、废气进气管8、液体喷雾器9、氧化空气进气管10、蓄热陶瓷纤维棉层11、轻质浇注料层12、扼流圈13、排气管14、空气进气孔15、排热导管16、排气风机17。
具体实施方式
如图1所示，一种带冷却外壳的多段式直燃炉，多段式直燃炉为水平卧式设计，呈圆筒形，包括内炉体1与外壳体2，内炉体1设于外壳体2内部，两者之间形成冷却腔体3，内炉体1的内壁连接保温层，保温层为蓄热陶瓷纤维棉层11，设于还原室4内的部分保温层的表面覆盖有轻质浇注料层12。内炉体1的内部包括依次设置的还原室4、冷却室5及氧化室6，还原室4连接废气进气管8，氧化室6连接排气管14，外壳体2上设有复数个空气进气孔15，冷却腔体3连接排热导管16，排热导管16设于冷却腔体3靠近还原室4的一端，排热导管16上设有排气风机17。还原室4连接燃烧机7，还原室4内设有扼流圈13，扼流圈13环绕还原室4的内壁并在还原室4的内壁上形成环状凸起，冷却室5连接液体喷雾器9，氧化室6连接氧化空气进气管10。
工作过程：
还原室4内的反应温度在1000℃-1200℃之间，以含氮气为主的惰性炭化炉废气首先进入还原室4，在贫氧状态下，废气中的氰化氢、氨气、焦油、碳氢化合物等发生还原反应，生产氮气、一氧化碳、氢气，避免了在高温下氮氧化物的产生，还原室4的末端设置了耐火的扼流圈13，可以使燃烧器喷出的热气流与废气充分混合，扼流圈13可使还原区保持在1200℃并保持1秒的停留时间，以便废气充分反应。
冷却室5内的炉腔采用文丘里式设计，可以最大限度地混合热气和冷却介质，采用的冷却介质是水，通过压缩空气以水喷雾的方式注入冷却室5，利用水的汽化潜热，快速吸收废气中的大量热量，达到降温的目的，由于水的汽化潜热很大，所用水量很少，不会对废气总量产生影响，通过控制加入的水雾量，保证经冷却室5降温后的热气温度不低于760℃，以便后续在氧化室6进行氧化反应。
氧化室6主要是将还原室4产生的氢气、一氧化碳、以及残留的碳氢化合物氧化分解，达到彻底去除破坏废气的目的。氧化室6设计的停留时间为1秒，以确保氢气、一氧化碳、碳氢化合物与空气氧化充分。由于氧化反应是放热反应，会导致气体温度上升，由于加入的氧化空气是常温气体，经过氧化、混合加热后保证反应后的气体温度低于980℃，可以有效避免氮氧化物在氧化室6室的产生。经过氧化室6的处理，废气得到充分氧化，被处理干净，而且避免了氮氧化物的产生，总体的排放浓度符合国家的排放标准。
外壳体2与内炉体1之间形成有冷却腔体3，冷的空气在排气风机17的抽送下经空气进气口进入冷却腔体3，冷的空气与温度较高的内炉体1外壁进行对流换热，使得内炉体1的外壁温度下降，冷的空气经预热以后被送往车间再利用，有效的回收了反应的热能。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。