本實用新型涉及碳纖維廢氣處理設備技術領域，具體涉及一種帶冷卻外殼的多段式直燃爐。

背景技術：

炭化處理是碳纖維生產(chǎn)過程中的必要環(huán)節(jié)，從炭化爐排放出高溫的廢氣，其溫度在500-1000℃，廢氣以氮氣為主，污染物成分主要是氰化氫、一氧化碳、氨氣、焦油等。由于這部分廢氣的氣體總量很少，所以廢氣污染物的濃度很高。而氰化氫是國家有毒有害物質(zhì)名錄里的一種劇毒物質(zhì)，具有極大的毒害性，另外一氧化碳、氨氣、焦油等也有一定的毒害性和刺激性，因此，這些廢氣必須經(jīng)過高效處理，方能達標排放。由于廢氣的溫度高、濃度大，國家的排放限值非常低，所以普通的技術手段均無法處理。采用直接燃燒的方法，是一種可行的方案，多段式直燃爐則是直接燃燒的一種新型可靠的處理設備，廢氣去除效率高，而且氮氧化物排放濃度低。多段式直燃爐處理碳纖維炭化爐廢氣的基本原理是將廢氣處理分三步進行，首先在1100℃以上的高溫下貧氧燃燒，使廢氣中的有害成分發(fā)生還原反應，氰化氫、氨氣、焦油等還原為氮氣、一氧化碳、氫氣，然后對還原后的氣體噴水降溫，使溫度降至760℃以上，最后降溫后的氣體再與空氣中的氧氣發(fā)生氧化分解反應，用以徹底去除破壞之前還原反應生成的氫氣、一氧化碳、以及殘留的碳氫化合物，從而實現(xiàn)廢氣的徹底凈化。

目前，多段式直燃爐還原區(qū)的反應溫度高達1100多攝氏度，現(xiàn)多采用保溫棉對爐體內(nèi)部進行保溫，但保溫棉厚度達到一定程度以后，直燃爐的外殼溫度會下降的比較緩慢，一般爐體加裝保溫棉之后外殼表面溫度尚有120℃以上，外殼溫度高不僅造成熱能損失，增加運行成本，還存在一定程度的安全問題，這就需要從技術角度和經(jīng)濟角度平衡考慮。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種帶冷卻外殼的多段式直燃爐，它可以解決現(xiàn)有技術中多段式直燃爐的熱量損失大，直燃爐外殼溫度高的問題。為了解決上述問題，本實用新型采用以下技術方案：

本實用新型提供一種帶冷卻外殼的多段式直燃爐，包括內(nèi)爐體與外殼體，所述內(nèi)爐體設于所述外殼體內(nèi)部，兩者之間形成冷卻腔體，所述內(nèi)爐體的內(nèi)壁連接保溫層，所述內(nèi)爐體的內(nèi)部包括依次設置的還原室、冷卻室及氧化室，所述還原室連接廢氣進氣管，所述氧化室連接排氣管，所述外殼體上設有冷空氣進氣口，所述冷卻腔體連接排熱導管，所述排熱導管上設有排氣風機。

優(yōu)選的技術方案，所述還原室連接燃燒機，所述冷卻室連接液體噴霧器，所述氧化室連接氧化空氣進氣管。

進一步的技術效果，所述燃燒機為在還原室提供反應所需要的熱量，所述液體噴霧器向冷卻室內(nèi)噴灑水噴霧，有助于冷卻室內(nèi)的氣體快速降溫，空氣進氣管為氧化室提供氧化反應所需要的氧氣。

優(yōu)選的技術方案，所述保溫層為蓄熱陶瓷纖維棉層，設于所述還原室內(nèi)的部分保溫層的表面覆蓋有輕質(zhì)澆注料層。

進一步的技術效果，保溫采用輕質(zhì)澆注料與陶瓷纖維棉相接結合的方式，在確保內(nèi)爐體的外壁溫度不會過高的同時，減輕了直燃爐的重量。

優(yōu)選的技術方案，所述還原室內(nèi)設有扼流圈，所述扼流圈環(huán)繞所述還原室的內(nèi)壁并在還原室的內(nèi)壁上形成環(huán)狀凸起。

進一步的技術效果，所述扼流圈使廢氣在還原區(qū)形成充分的繞流，確保廢氣能夠充分的反應。

優(yōu)選的技術方案，所述冷空氣進氣口包括設于所述外殼體上的復數(shù)個空氣進氣孔，所述排熱導管設于所述冷卻腔體靠近所述還原室的一端。

進一步的技術效果，冷的空氣由空氣進氣孔進入冷卻腔體，空氣進氣孔分布在外殼體的各個位置，使得冷的空氣從不同的角度進入冷卻腔體，保證冷的空氣與內(nèi)爐體的外壁能夠充分換熱。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的多段式直燃爐在外部設置了外殼體，外殼體與內(nèi)爐體之間形成冷卻腔體，冷的空氣在排氣風機的抽送下經(jīng)空氣進氣口進入冷卻腔體，冷的空氣與溫度較高的內(nèi)爐體外壁進行對流換熱，使得內(nèi)爐體的外壁溫度下降，冷的空氣經(jīng)預熱以后被送往車間再利用。本實用新型的工藝簡單，熱能回收率高，外殼體及排氣風機的成本很低，節(jié)省了設備的制造成本，實現(xiàn)了技術與經(jīng)濟的平衡。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為本實用新型多段式直燃爐的結構示意圖；

其中，附圖標記具體說明如下：內(nèi)爐體1、外殼體2、冷卻腔體3、還原室4、冷卻室5、氧化室6、燃燒機7、廢氣進氣管8、液體噴霧器9、氧化空氣進氣管10、蓄熱陶瓷纖維棉層11、輕質(zhì)澆注料層12、扼流圈13、排氣管14、空氣進氣孔15、排熱導管16、排氣風機17。

具體實施方式

如圖1所示，一種帶冷卻外殼的多段式直燃爐，多段式直燃爐為水平臥式設計，呈圓筒形，包括內(nèi)爐體1與外殼體2，內(nèi)爐體1設于外殼體2內(nèi)部，兩者之間形成冷卻腔體3，內(nèi)爐體1的內(nèi)壁連接保溫層，保溫層為蓄熱陶瓷纖維棉層11，設于還原室4內(nèi)的部分保溫層的表面覆蓋有輕質(zhì)澆注料層12。內(nèi)爐體1的內(nèi)部包括依次設置的還原室4、冷卻室5及氧化室6，還原室4連接廢氣進氣管8，氧化室6連接排氣管14，外殼體2上設有復數(shù)個空氣進氣孔15，冷卻腔體3連接排熱導管16，排熱導管16設于冷卻腔體3靠近還原室4的一端，排熱導管16上設有排氣風機17。還原室4連接燃燒機7，還原室4內(nèi)設有扼流圈13，扼流圈13環(huán)繞還原室4的內(nèi)壁并在還原室4的內(nèi)壁上形成環(huán)狀凸起，冷卻室5連接液體噴霧器9，氧化室6連接氧化空氣進氣管10。

工作過程：

還原室4內(nèi)的反應溫度在1000℃-1200℃之間，以含氮氣為主的惰性炭化爐廢氣首先進入還原室4，在貧氧狀態(tài)下，廢氣中的氰化氫、氨氣、焦油、碳氫化合物等發(fā)生還原反應，生產(chǎn)氮氣、一氧化碳、氫氣，避免了在高溫下氮氧化物的產(chǎn)生，還原室4的末端設置了耐火的扼流圈13，可以使燃燒器噴出的熱氣流與廢氣充分混合，扼流圈13可使還原區(qū)保持在1200℃并保持1秒的停留時間，以便廢氣充分反應。

冷卻室5內(nèi)的爐腔采用文丘里式設計，可以最大限度地混合熱氣和冷卻介質(zhì)，采用的冷卻介質(zhì)是水，通過壓縮空氣以水噴霧的方式注入冷卻室5，利用水的汽化潛熱，快速吸收廢氣中的大量熱量，達到降溫的目的，由于水的汽化潛熱很大，所用水量很少，不會對廢氣總量產(chǎn)生影響，通過控制加入的水霧量，保證經(jīng)冷卻室5降溫后的熱氣溫度不低于760℃，以便后續(xù)在氧化室6進行氧化反應。

氧化室6主要是將還原室4產(chǎn)生的氫氣、一氧化碳、以及殘留的碳氫化合物氧化分解，達到徹底去除破壞廢氣的目的。氧化室6設計的停留時間為1秒，以確保氫氣、一氧化碳、碳氫化合物與空氣氧化充分。由于氧化反應是放熱反應，會導致氣體溫度上升，由于加入的氧化空氣是常溫氣體，經(jīng)過氧化、混合加熱后保證反應后的氣體溫度低于980℃，可以有效避免氮氧化物在氧化室6室的產(chǎn)生。經(jīng)過氧化室6的處理，廢氣得到充分氧化，被處理干凈，而且避免了氮氧化物的產(chǎn)生，總體的排放濃度符合國家的排放標準。

外殼體2與內(nèi)爐體1之間形成有冷卻腔體3，冷的空氣在排氣風機17的抽送下經(jīng)空氣進氣口進入冷卻腔體3，冷的空氣與溫度較高的內(nèi)爐體1外壁進行對流換熱，使得內(nèi)爐體1的外壁溫度下降，冷的空氣經(jīng)預熱以后被送往車間再利用，有效的回收了反應的熱能。

以上應用了具體個例對本實用新型進行闡述，只是用于幫助理解本實用新型，并不用以限制本實用新型。對于本實用新型所屬技術領域的技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。