本发明属于污水净化领域，尤其涉及一种基于蒸汽冷凝加热的污水曝气池设备及其方法。
背景技术
污水曝气是向污水中强制通入空气，使池内污水与空气接触充氧，加速空气中的氧气向污水中的转移，进而加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触，对污水中有机物进行氧化分解；在冬季或者北方气温绞冷的情况下，污水中的好养微生物的活性往往会降低，同时现有的曝气设备还存在曝气不均匀的问题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有加热功能的一种基于蒸汽冷凝加热的污水曝气池设备及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于蒸汽冷凝加热的污水曝气池设备，包括蒸汽发生炉体，所述蒸汽发生炉体为竖向姿态的柱形壳体结构，所述蒸汽发生炉体的内腔为圆柱形的蒸汽发生炉腔；所述蒸汽发生炉腔内的下侧同轴心设置有柱筒状加热炉芯；所述炉芯的内部设置有竖向火焰通道；
所述蒸汽发生炉体的下方安装有火焰喷射燃烧器，所述火焰喷射燃烧器的火焰喷射口伸入所述火焰通道内的下端，且所述火焰喷射口的火焰喷射方向垂直朝上；
所述加热炉芯的上端同轴心一体化设置有外径大于加热炉芯的集热壳体，所述集热壳体为圆盘形金属壳体结构，所述集热壳体内腔为圆盘状集热腔，所述圆盘状集热腔的下端连通所述火焰通道的上端；集热壳体的顶部与所述蒸汽发生炉腔的顶部间距设置；所述蒸汽发生炉腔中的水液面完全淹没所述集热壳体；
所述集热壳体的下方还同轴心设置有集烟环箱，所述集烟环箱为环体箱形结构，所述集烟环箱的内腔为集烟环腔，所述集烟环箱同轴心于所述蒸汽发生炉腔内壁所述加热炉芯的外壁之间；
所述加热炉芯的外侧竖向设置有若干根换热烟管，各所述换热烟管沿所述加热炉芯轴线呈圆周阵列分布，各所述换热烟管的上端共同连通所述集热腔，各所述换热烟管的下端共同连通所述集烟环腔；
还包括蒸汽供给管，所述蒸汽供给管的进气端连通所述蒸汽发生炉腔内的上端，还包括补水管，所述补水管的出口连通所述蒸汽发生炉腔，还包括排烟管，所述排烟管的进烟端连通所述集烟环腔；
还包括蒸汽分流壳体和蒸汽分流管；所述蒸汽供给管的出气端连通蒸汽分流壳体；三根所述蒸汽分流管的一端共同连通所述蒸汽分流壳体。
进一步的，所述蒸汽发生炉体的圆柱壁体内设置有一层隔热空腔层；所述集热壳体的顶部外部阵列设置有若干加热翅片。
进一步的，所述柱筒状加热炉芯的壁体上一体化同轴心设置有若干换热环片，所述换热环片的内圈位于所述火焰通道中，所述换热环片的外圈位于所述蒸汽发生炉腔中。
进一步的，还包括曝气池，所述曝气池的池腔内设置有旋转曝气叶轮，所述旋转曝气叶轮浸没于所述池腔内的污水液面以下；
所述曝气叶轮包括圆柱状蓄气壳体，所述蓄气壳体内腔中一体化设置有水平隔盘，所述水平隔盘的上侧为圆柱形的蓄气腔，所述水平隔盘的下侧为密闭的浮腔；
所述蓄气壳体的圆柱外壁还一体化连接有若干导热金属材质的搅动散热叶片，各所述搅动散热叶片为竖向矩形叶片结构，若干所述搅动散热叶片沿所述蓄气壳体轴线呈圆周阵列分布；所述搅动散热叶片的叶片所在面上还一体化垂直设置有若干换热翅片，若干换热翅片在所述搅动散热叶片上呈等距阵列分布；所述搅动散热叶片上还一体化设置有若干导气冷凝管，所述导气冷凝管的长度方向沿所述蓄气壳体的径向方向延伸，单个搅动散热叶片上的若干导气冷凝管呈纵向等距阵列分布，且各所述导气冷凝管的根部连通所述蓄气腔，各所述导气冷凝管的末端均连通连接有喷气弯管，且各所述喷气弯管的喷气口的喷射方向一致且均与所对应的搅动散热叶片垂直；各个喷气口喷射气体的反冲力可驱动所述曝气叶轮连续旋转；各所述导气冷凝管中均设置有防止水回流至蓄气腔中的单向阀。
所述蓄气壳体的上端同轴心一体化竖向设置有立管，所述立管下端导通连接所述蓄气腔；
还包括离心式增压风机和竖向风管，所述竖向风管的上端连接所述离心式增压风机的出风口，所述竖向风管的下端出风口的内壁一体化设置有环状凸起，所述环状凸起的内壁可转动套接所述立管的上端；
所述竖向风管的内壁同轴心一体化设置有配气圆盘，所述配气圆盘的盘面轮廓边缘呈圆周阵列镂空设置有六个静态空气通过孔，所述配气圆盘将所述竖向风管的管内分隔成上通道和下通道；所述下通道的内壁镂空设置有六纵列蒸汽孔，六纵列所述蒸汽孔沿所述下通道轴线呈圆周阵列分布；有所述蒸汽孔的局部壁体外侧包裹有柱形状的蒸汽配气壳体，所述蒸汽配气壳体内壁与所述局部壁体之间形成蒸汽配气环腔；
三根所述蒸汽分流管的另一端共同连通所述蒸汽配气环腔，且三根所述蒸汽分流管与蒸汽配气环腔的三个连通处呈圆周阵列均布；
所述下通道中还同轴心包括配气旋转阀芯，所述旋转阀芯为柱筒结构，所述旋转阀芯顶部一体化设置顶盘，所述旋转阀芯的底部设置开口；所述旋转阀芯的圆柱外壁与所述局部壁体的内壁可转动间隙配合，所述顶盘的上表面接触所述配气圆盘下表面；
还包括传动杆，所述传动杆同轴心穿设入立管中，且所述传动杆下端固定连接所述水平隔盘，所述传动杆上端同轴心固定连接所述顶盘；
所述顶盘的盘面呈圆周阵列镂空分布有六个活动空气通过孔，六所述活动空气通过孔分别与六所述静态空气通过孔相对应，顶盘可转动至六所述活动空气通过孔分别与六所述静态空气通过孔相互重合或相互错开；
所述旋转阀芯的圆柱外壁上镂空设置有六条活动蒸汽通过孔，所述活动蒸汽通过孔为长度方向与所述旋转阀芯轴线平行的条形孔结构；六条所述活动蒸汽通过孔沿所述旋转阀芯呈圆周阵列分布；六条所述活动蒸汽通过孔分别与六纵列所述蒸汽孔相对应，旋转阀芯可旋转至六条所述活动蒸汽通过孔分别与六纵列所述蒸汽孔相重合或相互错开；
六所述活动空气通过孔分别与六所述静态空气通过孔相互重合状态下，六条所述活动蒸汽通过孔分别与六纵列所述蒸汽孔相互错开。
进一步的，一种基于蒸汽冷凝加热的污水曝气池设备的蒸汽发生方法：
蒸汽发生炉体的蒸汽发生方法：先通过补水管向蒸汽发生炉腔内注水，直至蒸汽发生炉腔中的液面刚好淹没集热壳体，由于蒸汽发生炉腔中的水分为持续消耗的状态，因而补水管在整个蒸汽发生炉体运行过程中通过补水的形式来维持蒸汽发生炉腔中的液面高度；驱动火焰喷射燃烧器，进而火焰喷射口向火焰通道内向上喷射火焰，进而火焰通道中的火焰对各个换热环片的内圈加热，进而热量通过换热环片的外圈传递给加热炉芯外侧的水进行加热，而火焰通道中喷射火焰的火焰末端垂直喷向集热壳体的壳顶，进而集热壳体的壳顶的温度快速升高，并通过若干加热翅片迅速加热蒸汽发生炉腔的液面，随着圆盘状集热腔中的燃烧产生的烟气的累积，进而圆盘状集热腔中的高温烟气通过若干根换热烟管导入到集热腔中，并最终通过排烟管排出外界，由于换热烟管、集热壳体以及集热壳体都浸没于蒸汽发生炉腔的液面以下，因而换热烟管、集热壳体以及集热壳体在上述整个过程都在为蒸汽发生炉腔中的液体水进行加热，因而蒸汽发生炉腔中会迅速开始沸腾起来，因而产生的高温蒸汽通过蒸汽供给管导入到蒸汽分流壳体中，进而蒸汽分流壳体中的高温烟气分流至三根所述蒸汽分流管中，然后蒸汽分流管中的高温蒸汽汇流至蒸汽配气环腔中，进而使蒸汽配气环腔中形成稳定的高压蒸汽；
有益效果：本发明的结构简单，换热烟管、集热壳体以及集热壳体都浸没于蒸汽发生炉腔的液面以下，因而换热烟管、集热壳体以及集热壳体在上述整个过程都在为蒸汽发生炉腔中的液体水进行加热，因而蒸汽发生炉腔中会迅速开始沸腾起来，因而产生的高温蒸汽通过蒸汽供给管导入到蒸汽分流壳体中，进而蒸汽分流壳体中的高温烟气分流至三根所述蒸汽分流管中，然后蒸汽分流管中的高温蒸汽汇流至蒸汽配气环腔中，进而使蒸汽配气环腔中形成稳定的高压蒸汽。
附图说明
附图1为本发明整体结构示意图；
附图2为蒸汽发生炉体第一立体剖视图；
附图3为蒸汽发生炉体第二立体剖视图；
附图4为蒸汽发生炉体正剖视图；
附图5为本发明整体移除曝气池和蒸汽发生炉体后的示意图；
附图6为配气旋转阀芯和竖向风管拆卸分离示意图；
附图7为旋转曝气叶轮立体剖视图；
附图8为旋转曝气叶轮结构示意图；
附图9为配气旋转阀芯和竖向风管配合状态的剖视图；
附图10为单独的竖向风管剖开示意图；
附图11为配气旋转阀芯单独结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至11所示的一种基于蒸汽冷凝加热的污水曝气池设备，包括蒸汽发生炉体84，所述蒸汽发生炉体84为竖向姿态的柱形壳体结构，所述蒸汽发生炉体84的内腔为圆柱形的蒸汽发生炉腔83；所述蒸汽发生炉腔83内的下侧同轴心设置有柱筒状加热炉芯90；所述炉芯90的内部设置有竖向火焰通道81；
所述蒸汽发生炉体84的下方安装有火焰喷射燃烧器77，所述火焰喷射燃烧器77的火焰喷射口79伸入所述火焰通道81内的下端，且所述火焰喷射口79的火焰喷射方向垂直朝上；
所述加热炉芯90的上端同轴心一体化设置有外径大于加热炉芯90的集热壳体82，所述集热壳体82为圆盘形金属壳体结构，所述集热壳体82内腔为圆盘状集热腔73，所述圆盘状集热腔73的下端连通所述火焰通道81的上端；集热壳体82的顶部与所述蒸汽发生炉腔83的顶部间距设置；所述蒸汽发生炉腔83中的水液面完全淹没所述集热壳体82；
所述集热壳体82的下方还同轴心设置有集烟环箱80，所述集烟环箱80为环体箱形结构，所述集烟环箱80的内腔为集烟环腔76，所述集烟环箱80同轴心于所述蒸汽发生炉腔83内壁所述加热炉芯90的外壁之间；
所述加热炉芯90的外侧竖向设置有若干根换热烟管74，各所述换热烟管74沿所述加热炉芯90轴线呈圆周阵列分布，各所述换热烟管74的上端共同连通所述集热腔73，各所述换热烟管74的下端共同连通所述集烟环腔76；
还包括蒸汽供给管20，所述蒸汽供给管20的进气端连通所述蒸汽发生炉腔83内的上端，还包括补水管85，所述补水管85的出口连通所述蒸汽发生炉腔83，还包括排烟管75，所述排烟管75的进烟端连通所述集烟环腔76；
还包括蒸汽分流壳体19和蒸汽分流管13；所述蒸汽供给管20的出气端连通蒸汽分流壳体19；三根所述蒸汽分流管13的一端共同连通所述蒸汽分流壳体19。
所述蒸汽发生炉体84的圆柱壁体内设置有一层隔热空腔层71；所述集热壳体82的顶部外部阵列设置有若干加热翅片72。
所述柱筒状加热炉芯90的壁体上一体化同轴心设置有若干换热环片86，所述换热环片86的内圈位于所述火焰通道81中，所述换热环片86的外圈位于所述蒸汽发生炉腔83中。
还包括曝气池15，所述曝气池15的池腔17内设置有旋转曝气叶轮16，所述旋转曝气叶轮16浸没于所述池腔17内的污水液面以下；
所述曝气叶轮16包括圆柱状蓄气壳体30，所述蓄气壳体30内腔中一体化设置有水平隔盘29，所述水平隔盘29的上侧为圆柱形的蓄气腔27，所述水平隔盘29的下侧为密闭的浮腔28；浮腔28的设置可以有效防止曝气叶轮16下沉。
所述蓄气壳体30的圆柱外壁还一体化连接有若干导热金属材质的搅动散热叶片35，各所述搅动散热叶片35为竖向矩形叶片结构，若干所述搅动散热叶片35沿所述蓄气壳体30轴线呈圆周阵列分布；所述搅动散热叶片35的叶片所在面上还一体化垂直设置有若干换热翅片32，若干换热翅片32在所述搅动散热叶片35上呈等距阵列分布；所述搅动散热叶片35上还一体化设置有若干导气冷凝管34，所述导气冷凝管34的长度方向沿所述蓄气壳体30的径向方向延伸，单个搅动散热叶片35上的若干导气冷凝管34呈纵向等距阵列分布，且各所述导气冷凝管34的根部连通所述蓄气腔27，各所述导气冷凝管34的末端均连通连接有喷气弯管33，且各所述喷气弯管33的喷气口31的喷射方向一致且均与所对应的搅动散热叶片35垂直；各个喷气口31喷射气体的反冲力可驱动所述曝气叶轮16连续旋转；各所述导气冷凝管34中均设置有防止水回流至蓄气腔27中的单向阀。
所述蓄气壳体30的上端同轴心一体化竖向设置有立管39，所述立管39下端导通连接所述蓄气腔27；
还包括离心式增压风机18和竖向风管23，所述竖向风管23的上端连接所述离心式增压风机18的出风口，所述竖向风管23的下端出风口的内壁一体化设置有环状凸起26，所述环状凸起26的内壁可转动套接所述立管39的上端；
所述竖向风管23的内壁同轴心一体化设置有配气圆盘3，所述配气圆盘3的盘面轮廓边缘呈圆周阵列镂空设置有六个静态空气通过孔1，所述配气圆盘3将所述竖向风管23的管内分隔成上通道2和下通道21；所述下通道21的内壁镂空设置有六纵列蒸汽孔7，六纵列所述蒸汽孔7沿所述下通道21轴线呈圆周阵列分布；有所述蒸汽孔7的局部壁体6外侧包裹有柱形状的蒸汽配气壳体10，所述蒸汽配气壳体10内壁与所述局部壁体6之间形成蒸汽配气环腔5；
三根所述蒸汽分流管13的另一端共同连通所述蒸汽配气环腔5，且三根所述蒸汽分流管13与蒸汽配气环腔5的三个连通处呈圆周阵列均布；
所述下通道21中还同轴心包括配气旋转阀芯25，所述旋转阀芯25为柱筒结构，所述旋转阀芯25顶部一体化设置顶盘4，所述旋转阀芯25的底部设置开口12；所述旋转阀芯25的圆柱外壁22与所述局部壁体6的内壁可转动间隙配合，所述顶盘4的上表面接触所述配气圆盘3下表面；
还包括传动杆11，所述传动杆11同轴心穿设入立管39中，且所述传动杆11下端固定连接所述水平隔盘29，所述传动杆11上端同轴心固定连接所述顶盘4；
所述顶盘4的盘面呈圆周阵列镂空分布有六个活动空气通过孔1.1，六所述活动空气通过孔1.1分别与六所述静态空气通过孔1相对应，顶盘4可转动至六所述活动空气通过孔1.1分别与六所述静态空气通过孔1相互重合或相互错开；
所述旋转阀芯25的圆柱外壁22上镂空设置有六条活动蒸汽通过孔8，所述活动蒸汽通过孔8为长度方向与所述旋转阀芯25轴线平行的条形孔结构；六条所述活动蒸汽通过孔8沿所述旋转阀芯25呈圆周阵列分布；六条所述活动蒸汽通过孔8分别与六纵列所述蒸汽孔7相对应，旋转阀芯25可旋转至六条所述活动蒸汽通过孔8分别与六纵列所述蒸汽孔7相重合或相互错开；
六所述活动空气通过孔1.1分别与六所述静态空气通过孔1相互重合状态下，六条所述活动蒸汽通过孔8分别与六纵列所述蒸汽孔7相互错开。
本方案的方法、过程以及技术进步整理如下：
蒸汽发生炉体84的蒸汽发生方法：先通过补水管85向蒸汽发生炉腔83内注水，直至蒸汽发生炉腔83中的液面刚好淹没集热壳体82，由于蒸汽发生炉腔83中的水分为持续消耗的状态，因而补水管85在整个蒸汽发生炉体84运行过程中通过补水的形式来维持蒸汽发生炉腔83中的液面高度；驱动火焰喷射燃烧器77，进而火焰喷射口79向火焰通道81内向上喷射火焰，进而火焰通道81中的火焰对各个换热环片86的内圈加热，进而热量通过换热环片86的外圈传递给加热炉芯90外侧的水进行加热，而火焰通道81中喷射火焰的火焰末端垂直喷向集热壳体82的壳顶，进而集热壳体82的壳顶的温度快速升高，并通过若干加热翅片72迅速加热蒸汽发生炉腔83的液面，随着圆盘状集热腔73中的燃烧产生的烟气的累积，进而圆盘状集热腔73中的高温烟气通过若干根换热烟管74导入到集热腔73中，并最终通过排烟管75排出外界，由于换热烟管74、集热壳体82以及集热壳体82都浸没于蒸汽发生炉腔83的液面以下，因而换热烟管74、集热壳体82以及集热壳体82在上述整个过程都在为蒸汽发生炉腔83中的液体水进行加热，因而蒸汽发生炉腔83中会迅速开始沸腾起来，因而产生的高温蒸汽通过蒸汽供给管20导入到蒸汽分流壳体19中，进而蒸汽分流壳体19中的高温烟气分流至三根所述蒸汽分流管13中，然后蒸汽分流管13中的高温蒸汽汇流至蒸汽配气环腔5中，进而使蒸汽配气环腔5中形成稳定的高压蒸汽；
本方案的曝气和加热方法：同时启动火焰喷射燃烧器77和离心式增压风机18，进而增压风机18使上通道2中产生高压空气，蒸汽发生炉体84产生的高温高压蒸汽使蒸汽配气环腔5内产生高压高温水蒸气；此时配气旋转阀芯25若处于六所述活动空气通过孔1.1分别与六所述静态空气通过孔1相互重合的状态，则上通道2与下通道21处于导通状态，而此状态下六条所述活动蒸汽通过孔8分别与六纵列所述蒸汽孔7相互错开，进而蒸汽配气环腔5与下通道21之间处于不导通状态，进而该状态下蒸汽配气环腔5处于蓄压状态，且上通道2中产生高压空气迅速进入到下通道21中，并且通过立管39将高压空气导入到蓄气腔27中，随着蓄气腔27中气体的累积，蓄气腔27中的蓄压气体通过各个导气冷凝管34上的喷气弯管33的喷气口31以气泡的形式喷出至曝气池15的池腔17内，进而各个喷气口31喷射气体的反冲力驱动曝气叶轮16开始旋转，进而传动杆11同步带动配气旋转阀芯25开始转动，使配气旋转阀芯25旋转至六所述活动空气通过孔1.1分别与六所述静态空气通过孔1相互错开的状态，则上通道2与下通道21处于不导通状态，而此状态下六条所述活动蒸汽通过孔8分别与六纵列所述蒸汽孔7相互重合，进而蒸汽配气环腔5与下通道21之间处于导通状态，进而蒸汽配气环腔5中的高压高温蒸汽经过各个蒸汽孔7导入到下通道21中，并且通过立管39将高压蒸汽导入到蓄气腔27中，进而蓄气腔27中的高温蒸汽通过各个导气冷凝管34的过程中发生冷凝放热，产生的热量通过搅动散热叶片35上的换热翅片32均匀传递扩散至池腔17的水中，而且搅动散热叶片35在反冲旋转带动下，其搅动作用使周围的水体始终处于流动散开的状态，进而防止了搅动散热叶片35放出的热量造成局部高温的现象，进而起到均匀加热整个池腔17水体的效果，最终残余的蒸汽和冷凝水通过喷气弯管33的喷气口31以气泡的形式喷出至曝气池15的池腔17内，从喷气口31喷出残余的蒸汽由于已经经过一道导气冷凝管34的冷凝降温因而自身形成次高温状态，进而残余的次高温蒸汽以气泡的形式进一步在池腔17内冷凝放热，次高温蒸汽气泡对水体的微生物影响已经较小，并且可以为曝气池15的池腔17补充部分水分；
随着曝气叶轮16带动配气旋转阀芯25的连续旋转，使蒸汽配气环腔5和上通道2呈周期性交替导通下通道21，进而下通道21中交替性流过高温蒸汽和高压空气，进而使各个导气冷凝管34的内通道中交替流过高温蒸汽和空气，进而喷气弯管33的喷气口31交替性的喷出次高温水蒸气和用于增氧曝气的空气；
在导气冷凝管34的内通道中流过高温蒸汽过程中，产生冷凝放热现象，进而使导气冷凝管34发热并通过换热翅片32将热量传递扩散至池腔17的水中，此时若导气冷凝管34始终连续流过高温水蒸气，导气冷凝管34持续受到连续流过高温水蒸气的加热，进而发热的导气冷凝管34持续处于较高温度状态，进而造成导气冷凝管34的冷凝效率变低，很容易造成高温蒸汽直接从喷气口31喷出，使池腔17内的微生物受到高温蒸汽的影响；
而导气冷凝管34的内通道中交替流过高温蒸汽和常温空气时，导气冷凝管34在流过一段高温水蒸气之后紧接着会流过一段常温空气，在导气冷凝管34流过一段常温空气的过程中，常温空气会带走导气冷凝管34部分热量，同时导气冷凝管34还向换热翅片32将热量传递扩散至池腔17的水中，进而在导气冷凝管34流过常温空气的过程中会受到降温，进而使下一段高温水蒸气经过导气冷凝管34时，导气冷凝管处于温度较低的状态，进而较低温度的导气冷凝管34对蒸汽冷凝的效率更高，进而维持了任意周期的导气冷凝管34的高效冷凝，同时由于现有技术中很难控制锅炉高温蒸汽的压力和鼓风机产生的高压空气的压力是否一致，因此需要进行上述的交替性的配气处理过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。