本发明涉及一种蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统，属热工设备，天然气锅炉节能环保领域。
背景技术：
目前，各类天然气锅炉一般采用烟火管或水管锅炉，金属消耗大，为了降低排烟温度，常用的天然气热水锅炉布置了大量的对流受热面吸收烟气热量，由于天然气具有较高的含氢量，因此燃烧产物中含有大量水蒸气，当使用大量对流受热面时，如果排烟温度过低，不仅消耗大量金属耗材，同时容易引起天然气锅炉的尾部烟气凝结，导致腐蚀出现。此外，天然气作为清洁燃料，与其他燃料相比，其燃烧产物中二氧化硫和粉尘少，但是氮氧化物浓度较高，如果排烟温度较低，其烟气脱除氮氧化物十分困难。蓄热式燃烧在应用低热值煤气燃料时效果很好，但是应用于天然气燃料时，烟气中氮氧化物的降低就成为一个亟待改进的技术。
当前低氮氧化物排放锅炉燃烧技术研究分为三个方向：对燃料和空气的预处理；空气和燃料的优化配置及低氮燃烧器设计；烟气的后处理。对于燃料和空气的预处理方法及烟气处理方法，由于系统复杂、投资大、占地大、运行费用高等原因，对于较分散的中、小型锅炉并不适用。低氮燃烧器在抑制氮氧化物生成的同时，往往会带来燃烧效率较低、燃烧温度降低或过剩空气系数提高，带来锅炉效率降低和运行费用提高等问题。
申请号为200810227754.5的中国专利公开了一种可有效降低天然气锅炉金属消耗且实现烟气脱除氮氧化物的蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统，包括锅炉本体、内置在锅炉本体内的U型管燃烧室、分别对称地与U型管燃烧室两端连接的两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，二级蓄热式天然气燃烧器分别通过换向阀与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在二级蓄热式天然气燃烧器内设置有第一级蓄热体、蓄热催化体和第二级蓄热体，在第一级蓄热体和蓄热催化体之间设置有还原剂喷头，还原剂喷头与还原剂控制阀相连，还原剂控制阀与四通阀进行联锁控制，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，还原剂喷头喷射，当流过空气时其关闭。
天然气锅炉系统采用选择性催化还原，其脱硝流程短，还原剂与烟气混合不够充分，脱硝效率较低且氨逃逸高；蓄热方式采用四通换向阀换向，易造成炉膛内部压力波动大。
申请号为201210134253.9的中国专利公开了一种降低氮氧化物排放的燃油/燃气锅炉及其方法，包括燃料管道、助燃风管道、低氮燃烧器、锅炉本体、排烟管道、烟囱、循环烟气管道、助燃风机和进水管。锅炉本体的辐射换热面面积较普通锅炉减少30％～50％，对流换热面面积增加15％～25％；15％～25％的锅炉低温烟气通过循环烟气冷却器、循环烟气管道后进入助燃风机，与新鲜空气混合作为助燃风进入低氮燃烧器。该装置及方法通过组织炉膛内部贫氧燃烧且布置低氮燃烧器以降低氮氧化物的生成，低氮燃烧器结构复杂，该方法能降低烟气中生成氮氧化物的量有限。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于提供一种蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统，解决目前常规天然气锅炉能耗高、排烟温度高，蓄热式天然气锅炉氮氧化物排放高，脱硝效率低、脱硝措施单一、脱硝成本高等问题。
为解决上述技术问题，本发明的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统包括锅炉本体、I型管燃烧室、两组蓄热式天然气燃烧器、冷凝器，其中：
I型管燃烧室位于锅炉本体内部，在I型管燃烧室内发生SNCR反应；锅炉本体的两端分别设置有两个伸入I型管燃烧室的燃气管道；锅炉本体的两端还分别设置有两个伸入I型管燃烧室的还原剂管道，与还原剂控制阀和压缩空气管道连接，从还原剂控制阀输入的还原剂在压缩空气管道输入的压缩空气的辅助下经过还原剂管道向I型管燃烧室内喷射；锅炉本体上还设有锅炉给水管、锅炉出水管；
两组蓄热式天然气燃烧器分别与锅炉本体的两端连接，并分别通过换向阀与空气管、烟气管连接，每组蓄热式天然气燃烧器分别包括两个从锅炉本体逐渐远离的对称安装的高温蓄热体、脱硝催化蓄热体、低温蓄热体，I型管燃烧室中产生的烟气经高温蓄热体后进入脱硝催化蓄热体，并在脱硝催化蓄热体内发生SCR反应；
冷凝器与烟气管连接，烟气通过换向阀后以150℃左右的温度进入冷凝器并以低于50℃的温度排出；
还原剂控制阀与换向阀动作联锁控制，当空气从左端蓄热式天然气燃烧器流入时，左端还原剂控制阀喷射还原剂，右端还原剂控制阀关闭，当空气从右端蓄热式天然气燃烧器流入时，右端还原剂控制阀喷射还原剂，左端还原剂控制阀关闭；
经过一个换向周期，换向阀自动换向。
优选地，所述还原剂是质量分数为10％-60％尿素溶液。
优选地，所述还原剂管道倾斜安装，与蓄热式天然气燃烧器成15-30°角。
优选地，所述换向周期为40～100秒。
上述结构的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统采用蓄热式高温空气燃烧技术以及SNCR和SCR联合脱硝技术，且脱硝还原剂采用燃烧室内部喷射，还原剂控制阀与换向阀联锁动作控制，使本发明的节能效果突出，有效节约燃料；环保效果突出，烟气氮氧化物排放量降低50％以上；节约成本明显，系统整体结构紧凑降低生产安装成本，联合脱销技术降低运行过程中的催化剂成本。
附图说明
图1是本发明的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统的示意图。
其中，1为锅炉本体，2为I型管燃烧室，3-1为高温蓄热体，3-2为脱硝催化蓄热体，3-3为低温蓄热体，4为换向阀，5为空气管，6为烟气管，7为还原剂控制阀，8为还原剂管道，9为压缩空气管道，10为燃气管道，11为锅炉给水管，12为锅炉出水管，13为冷凝器。
具体实施方式
如图1所示，本发明的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统包括：
锅炉本体1、I型管燃烧室2、两组蓄热式天然气燃烧器、冷凝器13，其中：
I型管燃烧室2位于锅炉本体1内部，在I型管燃烧室2内发生SNCR反应；
锅炉本体1的两端分别设置有两个伸入I型管燃烧室2的燃气管道10；
锅炉本体1的两端还分别设置有两个伸入到I型管燃烧室2的还原剂管道8，其与还原剂控制阀7和压缩空气管道9连接，从还原剂控制阀7输入的还原剂在压缩空气管道9输入的压缩空气辅助下经过还原剂管道8向I型管燃烧室2内喷射，还原剂的质量分数为10％-60％；还原剂管道8倾斜安装，与蓄热式天然气燃烧器成15-30°角；
锅炉本体1上还设有锅炉给水管11、锅炉出水管12；
两组蓄热式天然气燃烧器4分别与锅炉本体1的两端连接，并分别通过换向阀4与空气管5、烟气管6连接，即当左端蓄热式天然气燃烧器与空气管5连接时，右端蓄热式天然气燃烧器与烟气管6连接，当左端蓄热式天然气燃烧器与烟气管6连接时，右端蓄热式天然气燃烧器与空气管5连接，每组蓄热式天然气燃烧器分别包括两个从锅炉本体1逐渐远离的对称安装的高温蓄热体3-1、脱硝催化蓄热体3-2、低温蓄热体3-3，I型管燃烧室2中产生的烟气经高温蓄热体3-1后进入脱硝催化蓄热体3-2内发生SCR反应；
冷凝器13与烟气管6连接，烟气通过换向阀后以150℃左右的温度进入冷凝器并以低于50℃的温度排出，在这一过程中烟气中的水分发生冷凝；
还原剂控制阀7与换向阀4动作联锁控制，当空气从左端蓄热式天然气燃烧器流入时，左端还原剂控制阀7喷射还原剂，右端还原剂控制阀7关闭，当空气从右端蓄热式天然气燃烧器流入时，右端还原剂控制阀7喷射还原剂，左端还原剂控制阀7关闭；
经过一个换向周期，换向阀自动换向，空气输入与烟气排放随之改变。
下文对本发明的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统的工作原理进行说明，在本实施例中左端的蓄热式天然气燃烧器与空气管5连接，右端的蓄热式天然气燃烧器与烟气管6连接，即空气从左端进入，燃烧后的烟气从右端排出。
天然气和空气分别以300～800m3/h和2000～9000m3/h的速率输入，在I型管燃烧室2内引燃，质量分数为10％～60％的尿素通过左端的还原剂控制阀7、还原剂管道8并在压缩空气管道9输入的压缩空气的辅助下喷射到I型管燃烧室内，与天然气燃烧产生的烟气混合发生选择性非催化还原(SNCR)脱硝，在I型燃烧室内即实现氮氧化物的还原；之后烟气依次进入右端的高温蓄热体3-1、脱硝催化蓄热体3-2、低温蓄热体3-3，高温蓄热体3-1吸热并蓄热，脱销催化蓄热体3-2内发生选择性催化还原(SCR)脱硝，进一步将氮氧化物还原，低温蓄热体3-3吸热并蓄热；之后烟气经换向阀4以150℃左右的温度通过烟气管6进入冷凝器13，冷凝器13内发生冷凝回收烟气中的水分，最终烟气以低于50℃的温度排出。
经过一个换向周期后换向阀自动换向，左端的蓄热式天然气燃烧器与烟气管6连接，右端的蓄热式天然气燃烧器与空气管5连接，即空气从右端输入，燃烧后的烟气从左端排出，此时上一过程中吸热的高温蓄热体3-1和低温蓄热体3-3放热，将输入的空气预热至接近或达到燃烧温度，实现节能目的。
本发明的蓄热式天然气锅炉节能脱硝一体化系统采用蓄热式天然气锅炉系统，空气和天然气交替从两端输入，实现蓄热式天然气燃烧器的吸热和放热，回收烟气中的热量用于将输入的气体预加热，相比于U型管燃烧室，I型管燃烧室内温度更均匀，因此燃烧更充分，实现节能、节约燃料目的。同时，本发明向I型管燃烧室内喷入还原剂，在I型管燃烧室内发生SNCR脱硝和在蓄热式天然气燃烧器内发生SCR脱硝，运用SNCR和SCR联合脱销技术，既能降低烟气中氮氧化物的含量，使烟气中氮氧化物排放量降低50％以上，实现环保目的，又能降低脱硝催化剂成本。通过将还原剂管道设置为与蓄热式天然气燃烧器成15-30°角安装的方式，使还原剂喷入后与烟气的混合流程长、接触更加充分，提高SNCR脱硝效率，进一步降低氨逃逸度。在换向阀后烟气管道上布置冷凝器，回收烟气中冷凝水，降低烟气排放温度，充分回收烟气中的热量，进一步提高节能效果。
上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。