CN115789694A - 热力燃烧用激光点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热力燃烧用激光点火装置，包括：光产生组件、光传输部件、点火组件和光阻挡部件，其中所述光产生组件包括第一光源，所述第一光源构造为发出第一光束，所述第一光束为激光；所述光传输部件构造为将所述第一光束传输到所述点火组件；所述点火组件包括光引导部件和位于所述光引导部件末端的点火喷嘴，所述光引导部件构造为沿引导方向引导所述第一光束经所述点火喷嘴射出以用于点火；在所述引导方向上，所述光阻挡部件位于所述点火喷嘴的远离所述光引导部件的一侧并且构造为阻挡从所述点火喷嘴射出的全部第一光束。上述激光点火装置采用激光协助点火，不仅可起到点火作用，还可以起到助燃和稳燃的作用。

Description

热力燃烧用激光点火装置

技术领域

本发明涉及大功率热力燃烧设备的能束点火技术领域，尤其涉及一种大功率热力燃烧用激光点火装置。

背景技术

火力发电是大功率(功率为0.14Mw及以上)热力燃烧的典型应用，目前火力发电仍然是最主要的电能提供方式，由于燃煤发电具有良好的经济性，故“煤电”在“火电”中的占比很大，尤其是发展中国家，也是主要的大气污染源之一，而大功率“煤电”锅炉无一例外均采用煤粉燃烧器。

随着全球减排温室气体迫切性的急剧提升，大功率煤粉燃烧技术将顺应更高效、节能、更低排放的“绿色燃烧”方向发展，有必要进一步提高燃烧技术水平，在燃烧精细化、控制智能化的基础上，还需要研究更安全、可靠、便捷、经济的能束点火装置。

发明内容

本发明实施例提供一种热力燃烧用激光点火装置，其采用激光协助点火，不仅可起到点火作用，还可以起到助燃和稳燃的作用。因此，本发明的激光点火装置为一种能束点火技术。

本发明提供的热力燃烧用激光点火装置，包括：光产生组件、光传输部件、点火组件和光阻挡部件，其中：所述光产生组件包括第一光源，所述第一光源构造为发出第一光束，所述第一光束为激光；所述光传输部件构造为将所述第一光束传输到所述点火组件；所述点火组件包括光引导部件和位于所述光引导部件末端的点火喷嘴，所述光引导部件构造为沿引导方向引导所述第一光束经所述点火喷嘴射出以用于点火；在所述引导方向上，所述光阻挡部件位于所述点火喷嘴的远离所述光引导部件的一侧并且构造为阻挡从所述点火喷嘴射出的全部所述第一光束。

一些实施例中，所述光产生组件还包括：供气部件，所述供气部件构造为向所述第一光束提供净化气体；所述光传输部件还构造为将所述净化气体与所述第一光束沿相同光路传输到所述点火组件并且从所述点火喷嘴射出。

一些实施例中，所述光产生组件还包括：光气组合部件，所述光气组合部件构造为接收、组合所述第一光束和所述净化气体，并且将组合后的所述第一光束和所述净化气体传输至所述光传输部件。

一些实施例中，所述光产生组件还包括：准直部件，所述准直部件构造为准直所述第一光束；第二光源，所述第二光源构造为发出第二光束，所述第二光束为可见光以用作指示光；其中，所述第二光束构造为与所述准直的第一光束沿相同光路经所述光产生组件、所述光传输部件和所述光引导部件传输到所述点火喷嘴并且从所述点火喷嘴射出。

一些实施例中，所述光产生组件还包括：供气部件，所述供气部件构造为向所述第一光束提供净化气体；光气组合部件，所述光气组合部件构造为接收、集合所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体，并且将集合后的所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体传输至所述光传输部件。

一些实施例中，所述光气组合部件包括：第一输入口、第二输入口和输出口；所述第一输入口构造为接收所述准直的第一光束和所述第二光束；所述第二输入口构造为接收所述净化气体；所述输出口构造为将集合的所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体输出至所述光传输部件。

一些实施例中，所述光产生组件的数量为多个，多个所述第一光源发出多个第一光束，多个所述第二光源发出多个第二光束，多个所述供气部件提供多路净化气体；所述光传输部件构造为汇集所述多个第一光束和所述多个第二光束以形成汇集光束，并且将所述汇集光束传输到所述点火组件，以使所述汇集光束从所述点火喷嘴射出；所述光传输部件还构造为混合所述多路净化气体以形成混合净化气体并且将所述混合净化气体传输到所述点火组件，以使所述混合净化气体从所述点火喷嘴射出。

一些实施例中，所述混合净化气体在所述点火喷嘴的喷射区域内形成净化气体扩散区，所述汇集光束经所述净化气体扩散区中传输至所述光阻挡部件。

一些实施例中，所述光阻挡部件具有光学反射表面，所述光学反射表面构造为反射从所述点火喷嘴射出的所述汇集光束。

一些实施例中，所述光学反射表面为朝向所述点火喷嘴的凸二次曲面，所述凸二次曲面构造为对所述汇集光束形成发散型反射。

一些实施例中，在所述点火喷嘴与所述光学反射表面之间设置有激光点火区域；所述点火喷嘴与所述光学反射表面之间设置有沿所述引导方向的空间距离，所述激光点火区域为从所述空间距离的1/2处到所述光学反射表面之间的区域。

一些实施例中，所述第一光源为红外光激光源，所述激光为红外激光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明实施例的激光点火装置的结构示意图；

图1A为本发明实施例的准直部件的光路示意图；

图2A为本发明实施例的光气组合部件的结构示意图；

图2B为本发明另一实施例的光气组合部件的结构示意图；

图3A为本发明实施例的光传输部件的结构示意图；

图3B为本发明另一实施例的光传输部件的结构示意图；

图3C为本发明实施例的光束汇集后的光斑示意图；

图4A至图4F为本发明实施例的光束汇集后的光斑示意图。

图5为本发明实施例的光引导部件、点火喷嘴和光阻挡部件的结构示意图；

图6为本发明实施例的光阻挡部件的光路示意图；

图7为本发明实施例的光阻挡部件的另一光路示意图；

图8为本发明实施例的热力燃烧设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明阻挡的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

众所周知，电能必须即发即用，很难大容量存储。迄今，蓄水、压缩或液化空气、飞轮等电能转换/储存方式均不尽人意，理想的大规模存储新技术还在探索中，因此“火电”行业“弃电”现象严重，既浪费资源又污染环境，虽然弃电可再利用，但毕竟已产生能源消耗和大气污染。

如何进一步提升“煤电”利用效率，从根本上解决大规模存储“弃电”的工程难题，是业内关注的问题。与其被动储能不如主动深度调峰，让煤电机组以可接受的升温、升压梯度，尽快响应负荷大范围动态变化，最大限度避免“弃电”，实现更理想的节能减排。

大功率煤粉锅炉的启动，特别是完全冷态启动，点火方法很重要，也是实现主动“深度调峰”的关键环节。以往大功率煤粉锅炉的传统点火、助燃及稳燃无外乎采用燃油、燃气等方法，点火耗时长、成本高、点火初期污染严重。

本世纪初提出的等离子点火技术，在点火、助燃及稳燃方面虽然优于传统方式，但尚存在明显不足：

1、耗时长：点火、助燃到稳定燃烧需要数小时、十几小时、数十小时乃至上百小时；

2、点火能量有限：目前工程可实现的气体放电技术，无论直流或交流放电都难以产生大体积的等离子体，因此作为“火种”的等离子体点火能量有限，虽然可采取逐级点火放大燃烧的技术措施增加最终的主点火能量，但煤粉机有最低负荷限制，最初一级的等离子点火能量与最低送煤粉量之间客观上存在不匹配的可能，不能保证安全可靠着火；还有环境湿度变化、煤粉含水量等因素会造成水分汽化潜热消耗掉部分点火能量，进一步减低点火的可靠性，造成因点火失败而产生爆燃的重大安全隐患。若采用加大等离子体积的方法提高等离子体的点火能量，又会导致增加放电装置体积、重量、复杂性和成本，甚至难以工程实现。

3、存在安全隐患：操作流程必须是先放电，成功拉弧后再送风送煤粉点火，但是拉弧成功，并不能保证点火成功，因为送风送煤粉的瞬间改变了放电环境，有可能猝熄电弧，造成点火失败，而继续送风送煤粉时那怕再次拉弧成功，因有拉弧间隙时间就可能发生爆燃，存在重大安全隐患，并且很难通过人为操作规避。

4、煤种受限：正是由于一定体积等离子体的能量有限，可靠点燃必须要求煤粉的空干基挥发份>18％，对低于此比例的特贫煤则需要富氧或纯氧助燃才能点燃，这无疑将增大点火成本、操作复杂性及安全风险，因此等离子点火对煤粉炉的煤种有要求，不是什么煤都能点燃。

5、点火应用受限：现有等离子点火技术仅适用煤粉锅炉或燃气锅炉，不能用于固体燃料锅炉点火，例如流化床、生物质燃料锅炉等。

6、装置的技术缺陷：现有等离子点火器都采用与主燃烧设备一体结构的内燃式，燃烧器内壁要承受几百度的高温，尽管采取冷却风规避火焰贴壁、煤粉触壁流动和挂焦，但仍然无法消除这些现象，需要严格控制燃烧器内壁温度不得持续高于600℃一定时间，这就要采取测温、控温措施，增加设备的复杂性，影响可靠性。

综上可知，无论是传统燃油或燃气点火，还是等离子点火方法，均存在安全隐患和技术缺陷，探索和研发新型点火系统具有重要社会意义、较大经济效益和现实市场需求。

为此，本发明实施例提供一种热力燃烧用激光点火装置，包括光产生组件、光传输部件、点火组件和光阻挡部件。所述光产生组件包括第一光源，所述第一光源构造为发出第一光束，所述第一光束为激光；所述光传输部件构造为将所述第一光束传输到所述点火组件；所述点火组件包括光引导部件和位于所述光引导部件末端的点火喷嘴，所述光引导部件构造为沿引导方向引导所述第一光束经所述点火喷嘴射出以用于点火；在所述引导方向上，所述光阻挡部件位于所述点火喷嘴的远离所述光引导部件的一侧并且构造为阻挡从所述点火喷嘴射出的全部所述第一光束。

由于激光是迄今人类可以工程实现的最高功率、能量密度的能束(例如红外光激光束可达到10⁷w/cm²以上功率密度或10⁷j/cm²以上能量密度)，可产生千度量级的高温，可点燃一切可燃之物。

相比于传统的燃油、燃气和等离子技术的点火方式，上述本发明实施例提供的点火系统，以激光作为点火能束应用于大功率煤粉锅炉的点火，不仅耗时短、能量高，而且安全性高，不受限于燃烧物质的种类。另外，由于激光为可持续提供的能量，不会像燃油、燃气那样使用一段时间后即耗尽，因此本发明实施例的激光点火装置还具有助燃、稳燃的作用。进一步地，由于本发明实施例的点火装置中还设置有光阻挡部件，可防止高能激光束射到热力燃烧设备的内壁上，使操作过程更安全、更便捷、更经济，具备广泛的应用前景。另外，上述激光点火装置不仅适用于大功率燃烧设备，例如煤粉锅炉的点火，也适用于其它固体、液体、气体燃料锅炉、窑炉等的点火。

下面通过具体的实施例对本发明进行说明。为了保持本发明实施例以下的说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。当本发明实施例的任一部件在一个以上的附图中出现时，该部件在每个附图中可以由相同的参考标号表示。

图1为本发明实施例的激光点火装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的激光点火装置100包括：光产生组件11、12、光传输部件20、点火组件30、光阻挡部件40和固定部件50。

本发明实施例中，光产生组件的数量可以是一个，也可以是多个。“多个”指的是两个或两个以上。当采用多个光产生组件时，可产生多个激光光束，可带来更高的点火能量以及由并行性提高的安全性和稳定性，因此为优选，本发明实施例对光产生组件的数量不做限定。以下以光产生组件11为例对光产生组件的具体结构进行说明。

如图1所示，光产生组件11包括第一光源1，第一光源1构造为发出第一光束L1，第一光束L1为激光。

例如，第一光源1为红外光激光源，第一光束L1为红外激光。红外激光的光谱段波长可分为近红外区(0.75～2.5μm)、中红外区(2.5～25μm)和远红外区(25～1000μm)，第一光源1可发出以上任一波段的红外激光。红外光谱段波长的激光具有高密度激光能量和高温，处于大气窗口有良好的大气穿透性，适合用于大功率热力燃烧点火，特别适合用作煤粉锅炉的点火能束。另外，红外光谱段波长的激光源，可根据实际需要设定输出功率，具有较高的光束质量，可独立工作，也可以多个并行应用，从而提高点火的安全性、可靠性，通过调节单个光源输出功率以及控制多个光源的开启时序，提高点火的便利性和经济性。

例如，如图1所示，光产生组件11还可包括准直部件2，准直部件2构造为准直第一光束L1。这样，可使第一光束L1变成准直光束，使光最大效率的耦合进入所需的光学器件中(例如光气组合部件3)，便于输送和汇集。

例如，准直部件2为用于准直的光学器件，包括凸透镜组、反射镜组等。如图1A所示，准直部件2包括凸透镜组21，凸透镜组21将第一光源1发射的红外激光整形变换成准直光束。例如，该准直光束的直径为d1，d1的取值范围为0.2mm≤d1<500mm，准直长度m的取值范围为m≥10mm。例如，在m范围内，d1变化量在±10％d1内。准直光束例如具有近似圆形的截面形状(即近圆形光斑)，近圆形光斑的长轴和短轴的比例大致为1.1:1。

本发明实施例以准直光束的光斑为近似圆形为例进行说明，可以理解的是，在本发明其他实施例中，该准直光束的光斑也可为其他形状，例如椭圆形、矩形等，本发明实施例对此不作限制。

例如，如图1所示，光产生组件11还可包括第二光源4，第二光源4构造为发出第二光束L2，第二光束L2为可见光以用作指示光。第二光束L2构造为沿与准直的第一光束L1的相同光路传输，也就是，与准直的第一光束L1沿相同光路经光产生组件11、光传输部件20和光引导部件7传输到点火喷嘴8并且从点火喷嘴8射出。

例如，第二光束L2起可视化激光点火过程的作用；通过将第二光束L2设置为可见光谱段(例如红光或绿光)，不仅亮度高，而且具有安全阈值。另外，通过将第二光L2束设置为与准直激光束同光路输送，可用于同光路指示设定的激光输送路径以及激光点火空间位置，由此观察激光输送空间的尘埃分布密度情况。特别是，在真实激光点火之前，可以用指示光实现“预点火”，可视化模拟激光点火的全过程和全场景，以提高实际点火操作的安全性、可靠性、便捷性，使激光点火具有“现场预点火仿真”的独特优势，这是传统的燃气、燃油点火方式和等离子体点火方式无法做到的。

例如，如图1所示，第一光源1和第二光源4位于准直部件2的不同侧，以使第一光束L1和第二光束L2以不同方向入射到准直部件2中，通过上述设置可避免第一光源1和第二光源4相互串扰。

可以理解的是，图1所示仅为示意性，在其他实施例中，第一光源1和第二光源4可采用其他方式，例如设置在准直部件2的同侧(左侧或上侧)，本发明实施例对此不作限定。

例如，如图1所示，光产生组件11还可包括供气部件5，供气部件5构造为向第一光束L1提供净化气体G，其中净化气体G与第一光束L1沿相同光路传输到点火组件30并且从点火喷嘴8射出。本文中的“沿相同光路传输”指的是光束或气体的传输路径相同，也可以称为“同光路传输”。

在激光输送过程中，并不是真空状态，因此环境中的水气或尘埃会造成激光能量衰减。通过使净化空气G与第一光束L1同光路传输，能最大限度消除激光输送过程中水分、尘埃对激光能量造成的不利影响，此外，还能够起到冷却光学零部件的作用。

例如，净化气体G为压缩空气，即采用压缩、过滤、冷干或热干的方法，将空气压缩升压，滤除颗粒物质，蒸发或冷凝去除水分，形成具有设定压力、含尘量等级、含水百分比、流量的净化空气。

本发明实施例中，当净化气体G经光传输部件20、光引导部件7，从点火喷嘴8喷出时，可在点火喷嘴8的喷射区域中吹扫出一净化空气扩散区(即净化气体扩散区)，即在点火喷嘴8和光阻挡部件40之间形成一相对洁净的光通路。如果没有上述扩散区，从点火喷嘴8中射出的激光在到达光阻挡部件40之前会受到周围环境中水分或尘埃的影响，使激光能量降低。然而，通过形成净化空气扩散区，使激光(即汇集光束)在此净化空气扩散区中传输，有效消除点火喷嘴8和光阻挡部件40之间的水分、尘埃对激光能量的不利影响，以及保证煤粉与激光接触的燃烧区域尽量远离点火喷嘴8。

例如，如图1所示，光产生组件11还可包括光气组合部件3。光气组合部件3接收、集合准直的第一光束L1、第二光束L2和净化气体G，并且将集合后的准直的第一光束L1、第二光束L2和净化气体G传输至光传输部件20。

例如，光气组合部件3位于第一光源1和第二光源4的下游。本文中，“下游”指的是在光束传播路径上，第一光源1和第二光源4在先，光气组合部件3在后。这样，使第一光束L1和第二光束L2以较短路程进入光气组合部件3中，有利于节约光学器件的使用。

例如，光气组合部件3和第一光源1之间可以设置光学器件，也可以不设置光学器件，本发明实施例对此不作限定。如图1所示，例如，准直部件2可位于光气组合部件3和第一光源1之间，使经准直后的第一光束L1和同光路传输的第二光束L2共同进入光气组合部件3。在另一个示例中，光气组合部件3和第一光源1之间可不设置准直部件2，这样，第一光束L1以及同光路传输的第二光束L2不经过准直部件2而直接进入光气组合部件3。

图2A为本发明实施例的光气组合部件的结构示意图。如图2A所示，光气组合部件3包括第一输入口301、第二输入口302和输出口303。

例如，光气组合部件3为管状件30，该管状件30包括在其延伸方向(例如图中水平方向)上彼此相对的前端和后端，后端比前端更靠近光传输部件20，其中第一输入口301和第二输入口302设置在前端，输出口303设置在后端。第一输入口301接收准直后的第一光束L1以及第二光束L2，第二输入口302接收净化气体G。输出口303将集合后的第一光束L1、第二光束L2和净化气体G输出至光传输部件20。

为方便描述，本文将集合后的第一光束L1、第二光束L2和净化气体G称为光气组合束LG。由第一光产生组件(例如光产生组件11)形成的光气组合束定义为LG1，由第二光产生组件(例如光产生组件12)形成的光气组合束定义为LG2，由第三光产生组件(未示出)形成的光气组合束定义为LG3，依此类推。

例如，该管状件30的管径为d2，d2>d1，这样可使准直后的第一光束L1以及第二光束L2全部进入第一输入口301。例如，d1为10mm，d2>d1，d2为15mm，d2的实际取值范围既要保证激光、指示光无阻碍输送，又要兼顾输出口303有所需的净化空气压力，这样有利于在输出口303外吹扫出一个净化空气扩散区T1，使准直激光和指示光在离开管状件后仍然有一段相对洁净的输送行程，以最小的光能量损失到达设定的空间位置。在光气组合部件3中，第一光束L1、第二光束L2和净化气体G以半封离态在管状件30内同轴向输送，以通过输出口303输出到光传输部件20。本文中，“半封离态”指光束和/或气体从某部件的一端输入至该部件的另一端输出。

图2A中，管状件30设置为直线型，输出口303和第一输入口301在管状件30的延伸方向上彼此正对，这样使输出口303和第一输入口301彼此直通。在其他实施例中，管状件可设置为弯折型，即输出口303和第一输入口301不彼此正对。

图2B为本发明另一实施例的光气组合部件的结构示意图。如图2B所示，光气组合部件3’包括第一输入口301’、第二输入口302’和输出口303’。

例如，光气组合部件3’为管状件30’，该管状件30’包括在其延伸方向相对的前端和后端，其中，后端比前端更靠近光传输部件20，第一输入口301’和第二输入口302’设置在前端，输出口303’设置在后端。第一输入口301’接收准直后的第一光束L1以及第二光束L2，第二输入口302’接收净化气体G。输出口303’将集合后的第一光束L1、第二光束L2和净化气体G输出至光传输部件20。

与图2A不同的是，管状件30’为弯折型,输出口303’和第一输入口301’在管状件30的延伸方向上不正对设置。

为了确保准直后的第一光束L1以及第二光束L2从输出口303’输出，该管状件30’还可包括反射件304’，该反射件304’可将集合后的第一光束L1、第二光束L2反射到输出口303’，由于反射件304’的阻挡作用，净化气体G同样被导向到输出口303’。

例如，该反射件304’为光学反射镜，该光学反射镜与管状件30’的轴向方向(例如图中所示水平方向)之间的夹角为A，A的取值范围为0°<A<90°。

从图2A和2B可看出，当净化气体G被输送到光气组合部件3中后，其与准直的第一光束L1及第二光束L2沿相同光路传输。这样，在第一光束L1及第二光束L2的传输过程中，净化气体G能最大限度消除激光输送过程中水分、尘埃对激光能量造成的不利影响，此外，还能够起到冷却光学零部件(例如管状件和光学反射镜)的作用。

图2B的管状件30’的管径可参考图2A中的管径d2设置，这样可使准直后的第一光束L1以及第二光束L2全部进入第一输入口301’，而且有利于在输出口303’外利用净化空气G吹扫出净化空气扩散区T1。

需要说明的是，本发明实施例的光产生组件中也可以不设置供气部件和光气组合部件，使准直后的第一光束L1和第二光束L2直接入射到光传输部件20中，进而传输到点火喷嘴8，同样能够实现激光点火的目的。但是，由于该方案会降低可靠性以及存在一定激光能量损失，故不作为本发明的优选技术方案。

另外，在光产生组件11不包括第二光源4的情况下，光气组合部件3构造为接收、组合第一光束L1和净化气体G，并且将组合后的第一光束L1和净化气体G传输至光传输部件20。通过上述方式，同样能够实现激光点火的目的。但是，由于该方案会丧失可视化激光“预点火”的显著优点，故不作为本发明的优选技术方案。

例如，如图1A所示，激光点火装置100可包括两个光产生组件11、12，其中两个第一光源1发出两个第一光束L1，两个第二光源4发出两个第二光束L2，两个供气部件5提供两路净化气体G。两个第一光束L1、两个第二光束L2和两路净化气体G均被输送到光传输部件20中。

例如，光传输部件20用于汇集两个第一光束L1和两个第二光束L2以形成汇集光束，并且将汇集光束传输到点火组件30(例如光传导部件7)，以使汇集光束从点火喷嘴8射出。光传输部件20还用于混合两路净化气体G以形成混合净化气体并且将混合净化气体传输到点火组件30(例如光传导部件7)，以使混合净化气体从点火喷嘴8射出。

可以理解的是，本公开实施例的激光点火装置100可以包括两个以上光产生组件。下面以激光点火装置100包括三个光产生组件为例进行说明。

例如，激光点火装置100包括三个光产生组件3且三个光产生组件3分别产生三个光气组合束LG1、LG2、LG3，这三个光气组合束LG1、LG2、LG3被输送到光传输部件20中。

图3A为本发明实施例的光传输部件的结构示意图。

例如，如图3A所示，光传输部件20包括管状结构6，管状结构6例如由截面形状为圆形或多边形的管筒组成。管状结构6包括三个输入口601和一个输出口602，每个输入口601对应连接一个光气组合部件3的输出口，三个输入口601分别用于接收三个光气组合束LG1、LG2、LG3。输出口602对应连接点火组件30的光导引部件7，用于将汇集后的光束和混合后的净化气体经光导引部件7传输到点火喷嘴8。

例如，如图3A所示，光传输部件20还可包括设置在管状结构6中的光学元件(例如图中所示四个反射镜)，用于反射式集束三个光气组合束LG1、LG2、LG3。

例如，三个光气组合束LG1、LG2、LG3中的三个第一光束L1和同光路传输的三个第二光束L2被管状结构6中的光学元件(例如图中所示四个反射镜)反射，形成汇集光束LG1’、LG2’、LG3’。如此一来，利用几何光学方法，将原来独立分散设置的LG1、LG2、LG3改变输送方向后进行光学集束，汇集成水平方向的汇集光束LG1’、LG2’、LG3’，使该汇集光束LG1’、LG2’、LG3’从输出口602传输至点火组件30。

例如，三个光气组合束LG1、LG2、LG3中的三路净化气体被管状结构6中的光学元件(例如图中所示四个反射镜)阻挡，汇集成一路混合净化气体(图中未示出)，该混合净化气体同样从输出口602传输至点火组件30。

可选地，光传输部件20还可以用于对汇集光束进行聚焦，以使汇集光束的直径变小。例如，三个光气组合束LG1、LG2、LG3汇集前的直径为d30，汇集并聚焦后的直径为d3，其中d30>d3>d2。相比于汇集之前，汇集并且聚焦后的光束LG1’、LG2’、LG3’具有更小的直径，激光能量密度更高更有利于点火。

图3B为本发明另一实施例的光传输部件的结构示意图。

如图3B所示，例如，光传输部件20’包括管状结构6’，管状结构6’例如由截面形状为圆形或多边形的管筒组成。管状结构6’包括三个输入口601’和一个输出口602’，每个输入口601’对应连接一个光气组合部件3的输出口，三个输入口601’分别用于接收三个光气组合束LG1、LG2、LG3。输出口602’对应连接点火组件30的光导引部件7，用于将汇集后的光束和混合后的气路经光导引部件7传输到点火喷嘴8。

图3A和图3B的不同之处在于：图3A中，三个光气组合束LG1、LG2、LG3的输入方向相同，图3B中三个光气组合束LG1、LG2、LG3的输入方向不同。为此，管状结构6’的三个输入口601’的设置方式不同，以分别接受来自不同方向的光气组合束LG1、LG2、LG3。

另外，图3B中光学元件的数量和设置方式也不同。相比于图3A，图3B中设置有更少的光学元件(例如图中所示两个反射镜)，因此图3B的管状结构6’更适用于在多个光气组合束的输入方向不同时的情况下使用。

图3A、图3B所示的输入口的数量和排布方式仅为示意性的，输入口的数量根据光产生组件所提供的光气组合束的数量来确定，其排布方式可根据光气组合部件与光传输部件之间的相对位置关系确定，本发明实施例对此不作限定。

图3A和图3B所示的光传输部件20、20’的结构仅为示意性的，在其他实施例中，光传输部件20、20’可以具有其他构造。

本公开实施例中，激光点火装置还可包括多个光传输部件20。例如，当光气组合束的数量为十几到几十个时，可以设置多个光传输部件20(或光传输部件20’)，并且将这些光传输部件20分成多级进行组合级联。

例如，以光传输部件20为例，在激光点火装置包括多个光传输部件20的情况下，可将多个光传输部件20设置成二级级联：其中一部分光传输部件20设置为一级光传输部件，其余光传输部件20设置为二级光传输部件，二级光传输部件位于一级光传输部件的下游，由多个一级光传输部件汇集后的光束可通过二级光传输部件再进一步汇集到“一起”，形成一个总汇集光束。如此一来，通过这种组合级联方式，能更灵活地增加被汇集的光气组合束的数量，由此可根据现场实际需要，随时提高点火所需的激光能量，其操作简单。

图3C为本发明实施例的光束汇集后的光斑示意图。如图3C所示，三个光气组合束LG1、LG2、LG3汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’具有类似三角形的组合光斑。图3C所示的光斑形状仅为示意性的，在本发明其他实施例中，还可以有其他形状的组合光斑。

图4A至图4F为本发明其他实施例的光束汇集后的光斑示意图。图4A分别为汇集两个和三个光气组合束后形成的光斑，左侧的光斑图案呈直线形，右侧的光斑图案呈三角形。图4B为汇集四个光气组合束后形成的两种光斑，左侧的光斑图案为三叉星形，右侧的光斑图案为正方形。图4C为汇集五个光气组合束后形成的光斑，光斑图案为十字叉形。图4D为汇集六个光气组合束后形成的光斑，光斑图案为圆形。图4E为汇集七个光气组合束后形成的光斑，该光斑图案为六边形。图4F为汇集八个光气组合束后形成的光斑，该光斑图案为圆形。

从图4A至图4F可以看出，混合后的各束光的传输方向相互平行，以便于激光束继续传输，便于精确导引至设定空间区域，便于需要的光束变换例如聚焦。

一些实施例中，如图4C和图4E所示，当具有多个光气组合束时，可将一个光气组合束设为中心束，其余各束以该中心束为中心，沿中心束的周向方向等间距排列。另一些实施例中，如图4D和4F所示，可将所有光气组合束沿周向方向等间距设置，使周向方向上的激光能量更均匀。

如图1所示，点火组件包括30包括光引导部件7和位于光引导部件7末端的点火喷嘴8，汇集光束LG1’、LG2’、LG3’和混合后的净化气体同时经光传输部件20入射到光引导部件7，并且到达点火喷嘴8。

图5为本发明实施例的光引导部件、点火喷嘴和光阻挡部件的结构示意图。如图5所示，光引导部件7起引导作用，沿引导方向R引导汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’以及混合后的净化气体，并且经点火喷嘴8射出以用于点火。

例如，光引导部件7为管状件，该管状件具有输入口701和输出口702。输入口701与光传输部件20的输出口连接，用于接收汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’以及混合后的净化气体。输出端702与点火喷嘴8连接，用于向点火喷嘴8输出汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’以及混合后的净化气体。

例如，该输入端701具有锥形形状，以进一步保证汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’能顺利进入光引导部件7。该锥形输入端701的窄端尺寸与光引导部件7的管状件的直径尺寸相同，均为d4，其中d4>d3(d3是汇集后的光束直径，d4需大于汇集后的光束直径，以使光束顺利进入光传输通道)。

例如，点火喷嘴8的尺寸设置为沿引导方向R逐渐缩小。进一步地，喷嘴8在锥形喷口处的尺寸应如下设置：在不阻碍光输送的前提下，该锥形喷口的内径尽量小，以保证当混合后的净化空气从输出端喷出时，可在喷口的喷射区域中形成净化空气扩散区T2，使汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’经该净化空气扩散区T2传输到光阻挡部件40。

例如，点火喷嘴8可为单层或多层结构，当为单层结构时，可采用耐高温材料构成，当为多层结构时，可包括金属层和涂布在金属层上的耐高温涂层。出于降低成本考虑，在实际生产中，后者为优选。

如图1所示，在引导方向R上，光阻挡部件40位于点火喷嘴8的远离光引导部件7的一侧并且用于阻挡从点火喷嘴8射出的全部光束，例如阻挡全部汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’。

如图5所示，例如，光阻挡部件40为凸二次曲面体9(例如球体)，在引导方向R上，该凸二次曲面体9位于点火喷嘴8的远离光引导部件7的一侧。也就是，在引导方向R上，点火喷嘴8位于光引导部件7和凸二次曲面体9之间。通过上述设置，有利于凸二次曲面体9阻挡从点火喷嘴8射出的全部汇集后的光束LG1’、LG2’、LG3’。

图6为本发明实施例的光阻挡部件的光路示意图。如图6所示，凸二次曲面体9具有光学反射表面91，光学反射表面91为朝向点火喷嘴8的凸二次曲面型面，凸二次曲面型面构造为对从点火喷嘴8射出的汇集光束LG1’、LG2’、LG3’形成发散型反射，从而起到阻挡从点火喷嘴8射出的全部光束LG1’、LG2’、LG3’的作用，彻底避免激光束点火后的有害继续传播。

本文中，“发散型反射”是指被反射表面反射后的光束朝远离凸二次曲面体9的方向散射出去，类似“伞盖”型面分布。

在不设置凸二次曲面体9的情况下，汇集光束LG1’、LG2’、LG3’可能会直接照射锅炉壁或受热器等设备部件，从而对这些设备造成损伤。本发明实施例中，通过设定该凸二次曲面体9，可起到反射或折射激光束的作用，从而阻断高能激光束直接照射锅炉壁、受热器等设备部件。本发明优选球体作为凸二次曲面体9。

本发明实施例中，“光学反射表面”91指的是具有光反射作用的光滑反射表面。在不设置光学反射表面91的情况下，例如粗糙反射表面，就可能因为过渡吸收激光能量而造成凸二次曲面体9本体的过热毁坏，使汇集光束LG1’、LG2’、LG3’可能会直接照射锅炉壁或受热器等设备部件，从而对这些设备造成损伤。本发明实施例中，通过设定光学反射表面91，可起到反射或折射激光束的作用，从而避免过渡吸收激光能量而毁坏凸二次曲面体9本体。本发明优选光学反射面91。

如图6所示，点火喷嘴8的喷口正对凸二次曲面体9的光学反射表面91，并且二者之间相隔设定的空间距离，其中靠近凸二次曲面体9的一侧为设定的激光点火空间。也就是，在点火喷嘴8与光学反射表面91之间设置有激光点火区域SP。例如，点火喷嘴8与所述光学反射表面91之间设置有沿引导方向R的空间距离，激光点火区域SP为从该空间距离的约1/2处到所述光学反射表面91之间的区域。本文中，“大约”或“约”指的是允许存在工艺上的误差。当然，也可以比上述区域更窄，例如，激光点火区域SP可从该空间距离的约1/3处到所述光学反射表面91之间的区域，因为激光点火区域SP没有明确的边界。

例如，点火喷嘴8的轴心线O1与光学反射表面91的过球心的直径延长线O2重合，这样，自点火喷嘴8喷口喷出的混合净化空气可在点火喷嘴8和光学反射表面91之间吹扫出一个净化空气扩散区，在到凸二次曲面体9的这段空间形成相对洁净的光通路。自点火喷嘴8射出的汇集光束LG1’、LG2’、LG3’，以最小光能量损失在净化空气扩散区T2中传输，并且到达凸二次曲面体9并且被光学反射表面91反射。

需要说明的是，汇集光束LG1’、LG2’、LG3’包括汇集激光束(即汇集的三个第一光束L1)及同光路传输的汇集指示光(即汇集后的三个第二光束L2)。

如图6所示，自点火喷嘴8射出的汇集光束LG1’、LG2’、LG3’像“伞柄”型面穿过净化空气扩散区。当煤粉锅炉送风和煤粉点火时，处于该区域的激光束可直接与输送至此的风和煤粉射流碰撞交汇，从而实现主点火。与此同时，由于汇集激光束被反射表面91反射，反射后的光束朝远离凸二次曲面体9的方向散射出，像“伞盖”型面分布(以下简称“窄扩束反射的激光”)，有以下几方面作用：

一方面，窄扩束反射的激光快速发散，在距离光学反射表面91大约300mm以外的“远程”激光能量密度已大幅降低，完全不足以造成激光毁伤，确保锅炉壁、受热器等任何设备部件绝对安全，同时“远程”激光还有助于提高炉膛空间的初始温度；

第二方面，窄扩束反射的激光快速发散，在距离光学反射表面91约300mm左右的“中程”激光仍有较高的能量密度，能够大幅提升设定激光点火区及周边的环境温度，甚至达煤粉着火温度，形成的局部高温有利于点火；

第三方面，窄扩束反射的激光快速发散，在距离光学反射表面91约200mm以内的“近程”激光能量密度更高些，所形成的激光“伞盖”与风和煤粉射流碰撞交汇。由于在被凸二次曲面体9反射之前，处于“伞柄”处的汇集激光束已经直接与风和煤粉实现了一次碰撞交汇，处于“伞盖”处的窄扩束反射激光束实现了与风和煤粉的二次碰撞交汇，这种双重碰撞交汇作用，进一步增大激光与风和煤粉射流的作用空间，增大点火体积，提高点火的安全性、可靠性和有效性。相比于传统的燃气、燃油方式，本申请的激光束点火方式更安全、经济且稳定性好。

此外，本申请中，由于汇集后的第二光束L2与汇集后的第一光束L1为同光路传输且用作指示光，这样，在正式点火前，可通过第二光束L2了解第一光束L1的传输路径，进行“预点火”测试。

例如，当汇集后的第一光束L1被反射成“伞盖”型面时，汇集后的第二光束L2也被反射为“伞盖”型面，从而指示出设定点火空间的大致位置。当正式点火时，连续输送的高密度激光具有“伞柄”型面，持续作用于风和煤粉射流，安全可靠地持续引发着火。经过反射作用后的“伞盖”型面激光持续助燃及稳燃。例如，当点火装置与旋流燃烧器一起使用时，可借助旋转射流造成的火炬强烈旋转以及风和煤粉射流的强烈混合扰动燃烧，进一步达到助燃及稳燃作用。

例如，凸二次曲面体9的直径为d5，其中d5>N*d3,其中，N>1，N的具体取值由实际需要确定，但不易过大，以尽量减小对风和煤粉射流的扰动。

例如，凸二次曲面体9由耐高温材料构成，以防止激光对其造成穿透型损伤。

例如，凸二次曲面体9不仅能阻挡激光，还因被激光照射，起到蓄积激光能和“附加热源”的作用，更有利于点火，并且其凸二次曲面型面的阻尼还可以起到局部稳定火焰的作用。

虽然本发明实施例以凸二次曲面体9为例对光阻挡部件进行描述，可以理解的是，在其他实施例中，还可以使用其他形状的光阻挡部件，例如设为半球体、半球体结合圆柱、半球体结合圆锥体、非球体等。考虑到主要是为了在送风和煤粉点火前后的不同时段都能够起到阻断、反/折射、蓄积激光能的多重作用，特别是必须确保锅炉设备的安全性，故球体为优选。该凸二次曲面体9可为实心结构或空心结构，本发明实施例对此不作限定，只要能将喷射到其表面的汇集光束反射即可。

图7为本发明实施例的光阻挡部件的另一光路示意图。如图7所示，当点火喷嘴8的轴心线O1与光学反射表面91的过球心的直径延长线O2不重合时，汇集后的激光束同样能被光学反射表面91反射，经反射后，汇集后的激光同样可形成“伞盖”型面。

图7中，通过设置点火喷嘴8的喷口朝右上方向斜向凸二次曲面体9的光学反射表面91的下部分，使点火喷嘴8的轴心线O1与光学反射表面91的过球心的直径延长线O2之间具有一定倾斜角度，同样能够实现点火、助燃及稳燃目的。

可以理解的是，本发明实施例中，还可分布设置多束汇集激光束，分别向上向下倾斜交错排列，以分别射向光学反射表面91的不同部分。例如，在图7的基础上，还可在光学反射表面91的上部分设置相同的点火喷嘴8，即设置点火喷嘴8的喷口朝右下方向斜向凸二次曲面体9的光学反射表面91的上部分，增加点火、助燃及稳燃空间的范围。

如图1所示，为了将光阻挡部件40设置在炉膛空间的适当位置，而又不涉及锅炉和燃烧器的任何改动，激光点火装置100还可包括固定部件50。如图5所示，例如，固定部件50包括连接件10，该连接件10与凸二次曲面体9连接，用于固定支撑凸二次曲面体9。连接件10的一端与凸二次曲面体9连接，另一端与点火喷嘴8和光引导部件7中之一连接，例如与点火喷嘴8连接。通过设置连接件10，使激光点火装置自成独立的整体，避免与原锅炉系统有不必要的连接，最大限度避免触碰锅炉本体，这样更安全更简约。

需要说明的是，无论如何连接固定凸二次曲面体9，凸二次曲面体9都设在距离点火喷嘴8的喷口外侧合适距离的空间位置，并且使光学反射表面91始终朝向喷口方向，以使凸二次曲面体9与点火喷嘴8喷口之间的空间为激光点火区，达到点火、助燃及稳燃目的。可以理解的是，由于煤粉和风射流并无明确的边界，该激光点火区亦没有明确边界和形貌。

例如，连接件10采用金属材料涂覆绝热涂层，或采用耐高温材料制成。该连接件10可以为管状或板状，设有一定的机械刚性。

例如，连接件10或凸二次曲面体9上可具有连接固定用通孔、丝口、螺纹口、卡口等，从而实现简单易连的目的。例如，凸二次曲面体9可设有一个贯穿直径的辅助通孔，或不贯穿直径但位于直径两端的两个对称辅助盲孔，或位于直径一端的单个辅助盲孔，用于使连接件10插入其中。辅助通孔和辅助盲孔的孔径以及盲孔的孔深由实际需要确定。

例如，光学反射表面91可以是位于凸二次曲面体9的面向点火喷嘴8一侧的高反射光滑凸二次曲面，也可以是部分反射的凸二次曲面。至于凸二次曲面体9的背向点火喷嘴8一侧的部分，其可以反射表面，也可以是非反射表面，可以是光学反射表面，也可以是粗糙反射表面，本发明实施例对此不作限定。

本发明实施例还提供一种热力燃烧设备，该热力燃烧设备包括燃烧器和前面任一实施例所述的激光点火装置。

图8为本发明实施例的热力燃烧设备的结构示意图。如图8所示，该热力燃烧设备例如为煤粉锅炉，该煤粉锅炉包括前面任一实施例的激光点火装置100和燃烧器200。

通常，煤粉锅炉众所周知，大功率煤粉锅炉使用不同射流类型的燃烧器200，会产生不同结构、形貌的风和煤粉射流，其空气动力学特征(速度分布、射程、卷吸特性和回流区等)不同，着火机制也完全不同。

例如，燃烧器200可分为旋流燃烧器和直流燃烧器两种：

旋流燃烧器的空气动力学特性是，外圈的旋转二次风包裹内圈的旋转或不旋转的一次风和煤粉射流，所形成的外回流区卷吸的高温烟气仅加热二次风本身，由于煤粉浓度偏低而无法着火；内回流区的作用就不同，卷吸的高温烟气加热一次风和煤粉射流，因有足够的煤粉浓度，只要温度够就能着火，并借助强烈旋转的火炬以及气流和煤粉的混合扰动，燃烧快速发展，着火机制是“由内向外”，燃烧始于旋转射流的内回流区然后向外发展。

直流燃烧器的空气动力学特性是，一次风和煤粉射流与二次风并不没有包裹的关系，射流各自依靠其外边界的卷吸作用，卷吸高温烟气和接收邻角火焰的热量来加热自身，同样因为煤粉浓度偏低的原因，二次风被加热后并不能引发真火，而着火是从一次风和煤粉射流的外边界开始，然后快速向中心区域发展，着火机制是“由外向内”，燃烧始于一次风和煤粉直流射流的外边界然后向内发展。

当煤粉锅炉采用旋流射流燃烧器时，根据其“由内向外”的着火机制，激光点火装置100的光导引部件7设在一次风和煤粉输送管道的水平向部分管道内部，同轴心内嵌套，相互隔离，汇集激光束、汇集指示光、混合净化空气以半封离态在这段管路内与风和煤粉输送互相隔离，同轴向输送，至连接的点火喷嘴8喷口导出。点火喷嘴8伸出一次风和煤粉输送管道阻尼装置(火焰稳定装置)外大约D1距离，取D1≥10mm。

当采用直流射流燃烧器时，根据其“由外向内”的着火机制，以及一次风和煤粉多喷口组合输送，二、三次风均等或分级配风输送的特点，激光点火装置100的光导引部件7设在原主点火燃油(气)枪的位置，与之连接的点火喷嘴8伸出原阻尼装置(火焰稳定装置)外大约D2距离，取D1≥10mm，并可按照原主点火油(气)枪的位置分布设置多处激光点火。

综上所述，针对不同射流类型的燃烧器，激光点火的方向、位置(或区域)、各束激光的功率调节、开启时序控制等都需要依据不同的着火机制来设定，但可以确定，无论适用高挥发份高热量煤种的旋流燃烧器，还是适用较低挥发份和热量煤种的直流燃烧器，都可以采用本发明的激光点火装置100。

本发明实施例中，凸二次曲面体9具有以下多重作用：

1、在送风和煤粉点火前，开启激光后，起到在设定空间位置阻断激光继续传输的作用，可靠避免高能激光束直接照射锅炉壁、受热器等设备部件，彻底消除高密度激光能量损坏锅炉设备酿成重大安全事故重的可能性。

2、同时起到蓄积激光能量的作用，将部分激光能转换为热能蓄积于球体，使球体成为一个“热能源”，更有利于点火、助燃及稳燃。

3、通过调整球体与喷嘴的相对空间位置关系，使激光、指示光照射到光学镜面半球面的不同位置，产生扩束反射、扩束折射等不同光学效果，使本发明提供的激光点火系统适用旋流、直流射流类型的燃烧器。

4、送风和煤粉点火前，开启指示光，起到在设定空间遮挡指示光继续传输的作用，显示喷嘴至球体之间的光传输路径，同时显示照射到部分球面上的红或色指示光斑，精确可视化设定的激光点火空间位置，并可根据现场实际需要适当调整喷嘴与球体的相对空间关系，提高点火操作的便利性安全性可靠性。

5、送风和煤粉点火后，球体对风和煤粉射流、混合净化空气的阻尼起到局部性稳定火焰，塑造“根火焰”的作用，有效助燃及稳燃。

6、燃烧发展过程中，球体继续阻断高能激光，继续储存热能和散射激光能，继续作为“热能源”起到助燃及稳燃的作用

特别说明，高能量密度激光和高温还能够光致电离和热致弱电离，诱发产生大量活性粒子，增加氧化物和燃烧物分子的运动活性及有效碰撞频率，起到促进着火、燃烧发展的重要作用。

另外，高密度激光能、热能和燃烧热是一个交织耦合、相互作用、相互促进的热动力学过程，由于激光散射、热能对流以及风和燃料输送流场的不精确性和动态变化特性，因此激光点火区域并没有物理学意义上严格的确定形貌、体积和边界，但描述为激光束直接与风和煤粉射流碰撞交汇，或散射或折射后再与风和煤粉射流碰撞交汇的大致着火区域是科学的恰当的。

为便于理解本发明提供的激光点火装置，以下提供了激光点火装置的点火方法的示例。可以理解的是，以下示例并非是对本发明的限制。

例如，当激光点火装置100与旋转射流燃烧器一起使用时，可对激光点火装置100做如下配置：

1、采用7个红外激光源，每个输出激光功率3kw，总激光点火功率达到21kw，大于热电机组额定点火功率约30％，以较大冗余的点火激光能量，结合7个独立工作并行应用的方式，确保点火的高安全性和可靠性，规避因点火失败造成重大安全事故的风险，按照中心1束外围6束同轴心等分圆周排列。

2、相应地，设置7个光学准直部件，分别将7个红外激光源1输出的激光准直为7束准直激光束，取直径d1＝10mm±1mm、D1＝3m；设置7束红色光源与准直激光束同光路输送；设置7路净化空气G。

3、设置7个光气组合部件3，d2＝15mm，直通开口，分别将1束准直激光束同光路的红色光束及1路净化空气G组合到一段直径d2＝15mm、长约36mm的管状件内，至直通输出口输出。

4、设置1个光传输部件20，设有7个输入口、一个输出口；7个输入口分别连接7个光气组合部件3，采用几何光学合束方法将其中的7束准直激光束和同光路红色光束汇集成直径为d3的汇集激光束同光路汇集指示光，d3大约为28mm，7束激光(含同光路指示光)按照中心一束外围等分圆周6束的空间位置关系设置；将其中的7路净化空气G混合为一路混合净化空气；汇集光束与混合后的净化气体从输出口输出。

5、光传输部件20的输出口连接光导引部件7的输入口，光导引部件7设在燃烧器一次风和煤粉输送管道的轴心处，将汇集激光束、汇集指示光、混合净化空气导引输送大约5600cm的距离，中间设2个支撑件支撑光导引部件7。

6、光导引部件7的输出口连接点火喷嘴8，从喷嘴8点火射出汇集激光束同光路汇集指示光，喷出混合净化空气。

7、凸二次曲面体9连接并固定于点火喷嘴8上，球体直径为96mm，光学反射表面91正对点火喷嘴喷口，距离大约260mm，大致位于燃烧器设定回流区的前部；混合净化空气自喷口喷出，把260mm的间距吹扫成相对洁净的压缩空气扩散区；点火喷嘴8的轴心线O1与球体的直径的延长线O2重合，形成扩束反射；风和煤粉射流大致在距离光学反射表面200-260mm处碰撞交汇实现点火，扩束反射光能助燃，球体形成的局部静压区生成“根火焰”配合回流区口稳燃，促进燃烧正常发展。

本发明实施例还提供一种激光点火装置的点火方法。例如，激光点火装置100的点火方法包括：

步骤1：提供红外激光；

步骤2：将红外激光传输到点火喷嘴，并且使其从点火喷嘴中射出以用于点火；

步骤3：阻挡从点火喷嘴中射出的全部红外激光。

相比于传统的燃油、燃气和等离子技术的点火方式，上述本发明实施例提供的点火方法，以激光作为点火能束，不仅耗时短、能量高，而且安全性高，不受限于燃烧物质的种类。另外，由于激光为可持续提供的能量，不会像燃油、燃气那样使用一段时间后即耗尽，因此本发明实施例的激光点火装置还具有助燃、稳燃的作用。进一步地，由于本发明实施例的点火装置中还设置有光阻挡部件，可防止激光射到热力燃烧设备的内壁上，使操作过程更安全、更便捷、更经济，具备广泛的应用前景。

为便于理解本发明提供的激光点火装置，以下提供了激光点火装置的点火方法的示例。可以理解的是，以下示例并非是对本发明的限制。

例如，激光点火装置100的点火方法，包括以下步骤：

1)开启一个或多个红外激光源(即第一光源1)，以设定的功率、光束质量、空间排布发射激光(即第一光束L1)；

2)可选地，将红外激光源发射的激光经过准直部件2进行光学整形变换，输出准直激光束；

3)可选地，开启可见光光源(即第二光源4)以发出用作指示光的红光或绿光(即第二光束L2)，其中，该指示光与准直激光束同光路输送；

4)可选地，开启净化空气产生装置(即供气部件5)，按设定压力、流量、含尘量等级、含水百分比提供净化空气G；

5)可选地，利用光气组合部件11，将准直激光束、指示光、净化空气G组合到一段直径为d2的管状件内，以半封离态在这段管状件同轴向输送，并且输出至光传输部件20；

6)利用光传输部件20将多束准直激光束、同光路传输的指示光汇集成直径为d3的汇集激光束及同光路的汇集指示光，多路净化空气G混合成一路混合净化空气，并且输出至光/气导引部件7；

7)利用光引导部件7导引汇集激光束及同光路的汇集指示光、混合净化空气至点火喷嘴8；

8)经点火喷嘴8将汇集激光束及同光路的汇集指示光、混合净化空气精确导引至设定的空间位置，并且从喷口喷出、射出；

9)混合净化空气自喷口喷出，吹扫出一段相对洁净的压缩空气扩散区，汇集激光束及同光路的汇集指示光穿过这一区域后被凸二次曲面体9反射，形成窄或宽扩束反射、或折射，并蓄积部分激光能和热能；

10)开启送风和煤粉，窄或宽扩束反射的激光“伞盖”和高温，首先加热风和煤粉射流，然后汇集激光束“伞柄”在净化空气扩散区的尾部直接与风和煤粉射流碰撞交汇，高能量密度激光和高温至煤粉着火，前后向散射经窄或宽扩束反射形成小张开“伞盖”助燃及稳燃，凸二次曲面体9发挥局部稳燃作用，在球体后部的回流区形成“根火焰”进一稳燃，使燃烧正常发展；视燃烧发展情况，可延续激光助燃、稳燃，或逐束减小激光功率，直至全部关闭点火激光，及指示光、净化空气，成功完成一次点火过程。

本发明实施例中，指示光起到全过程全场景“预点火”的作用，通过指示光观察现场情况，并视实际需要进行必要的微调整。例如，逐束开启外圈激光，输出功率控制在约5％，逐步开启至额定功率，观察现场情况，视实情决定是否开始点火；确认可以点火后，以煤粉机最小负荷送风和煤粉后，开启中心激光，观察着火状态；燃烧发展正常，逐步加大送风和煤粉量，可视实际需要继续加大点火激光能量；稳燃后关闭激光、指示光、净化空气。

为便于理解本发明提供的激光点火装置，以下提供了激光点火装置以及点火方法的具体示例。可以理解的是，以下示例并非是对本发明的限制。

上述本发明实施例提供的激光点火装置、热力燃烧设备或激光点火方法，利用激光作为点火媒介，具有以下优势：

第一，激光是迄今能够工程实现的最高能量(功率)密度的能束，易于达到107w/cm2及以上功率密度，或107j/cm2/s及以上能量密度，产生千度量级的高温，远高于煤粉甚至极贫煤粉约600℃的着火温度，能够点燃一切可燃之物，能够在能量和温度上确保着火，最大限度提高点火、助燃及稳燃的安全性可靠性，能够彻底消除因点火失误或失败造成重大安全隐患的风险。

第二，易于增加点火激光能量，易于按需设置点火区位置，易于精细控制点火、助燃、稳燃过程，能够以热电系统可承受的最大dT/dt、dP/dt梯度，快速完成点火、助燃、到稳定燃烧的全过程，为解决安全可靠实现“10％-100％深度调峰”的关键卡脖子难题，为热电技术革命性进步奠定坚实的技术基础。

第三，激光是一种柔性高能束，易于与现有热电系统接口，工程改造量较小、费用较低，激光点火、助燃及强化燃烧稳燃具有更优良的环保性和经济性。

第四，提供一种真实点火之前的“预点火”手段，指示光明确显示激光传输路径、点火空间位置，预先全景全程可视化激光点火过程，提高实际点火操作的安全性、可靠性、便利性。

本文中，有以下几点需要注意：

(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

(3)以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的阻挡范围，本发明的阻挡范围由所附的权利要求确定。

最后应说明的是，以上实施例及附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种热力燃烧用激光点火装置，包括：光产生组件、光传输部件、点火组件和光阻挡部件，其中：

5所述光产生组件包括第一光源，所述第一光源构造为发出第一光束，所述第一光束为激光；

所述光传输部件构造为将所述第一光束传输到所述点火组件；

所述点火组件包括光引导部件和位于所述光引导部件末端的点火喷嘴，所述光引导部件构造为沿引导方向引导所述第一光束经所述点火喷嘴射出10以用于点火；

在所述引导方向上，所述光阻挡部件位于所述点火喷嘴的远离所述光引导部件的一侧并且构造为阻挡从所述点火喷嘴射出的全部所述第一光束。

2.根据权利要求1所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光产生组件还包括：

15供气部件，所述供气部件构造为向所述第一光束提供净化气体；

所述光传输部件还构造为将所述净化气体与所述第一光束沿相同光路传输到所述点火组件并且从所述点火喷嘴射出。

3.根据权利要求2所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光产生组件还包括：

20光气组合部件，所述光气组合部件构造为接收、组合所述第一光束和所述净化气体，并且将组合后的所述第一光束和所述净化气体传输至所述光传输部件。

4.根据权利要求1所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光产生组件还包括：

25准直部件，所述准直部件构造为准直所述第一光束；

第二光源，所述第二光源构造为发出第二光束，所述第二光束为可见光以用作指示光；

其中，所述第二光束构造为与所述准直的第一光束沿相同光路经所述光产生组件、所述光传输部件和所述光引导部件传输到所述点火喷嘴并且从所30述点火喷嘴射出。

5.根据权利要求4所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光产生组件还包括：

供气部件，所述供气部件构造为向所述第一光束提供净化气体；

光气组合部件，所述光气组合部件构造为接收、集合所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体，并且将集合后的所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体传输至所述光传输部件。

6.根据权利要求5所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光气组合部件包括：第一输入口、第二输入口和输出口；

所述第一输入口构造为接收所述准直的第一光束和所述第二光束；

所述第二输入口构造为接收所述净化气体；

所述输出口构造为将集合的所述准直的第一光束、所述第二光束和所述净化气体输出至所述光传输部件。

7.根据权利要求5所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，

所述光产生组件的数量为多个，多个所述第一光源发出多个第一光束，多个所述第二光源发出多个第二光束，多个所述供气部件提供多路净化气体；

所述光传输部件构造为汇集所述多个第一光束和所述多个第二光束以形成汇集光束，并且将所述汇集光束传输到所述点火组件，以使所述汇集光束从所述点火喷嘴射出；

所述光传输部件还构造为混合所述多路净化气体以形成混合净化气体并且将所述混合净化气体传输到所述点火组件，以使所述混合净化气体从所述点火喷嘴射出。

8.根据权利要求7所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，所述混合净化气体在所述点火喷嘴的喷射区域内形成净化气体扩散区，所述汇集光束经所述净化气体扩散区传输至所述光阻挡部件。

9.根据权利要求8所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，所述光阻挡部件具有光学反射表面，所述光学反射表面构造为反射从所述点火喷嘴射出的所述汇集光束。

10.根据权利要求9所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，所述光学反射表面为朝向所述点火喷嘴的凸二次曲面，所述凸二次曲面构造为对所述汇集光束形成发散型反射。

11.根据权利要求10所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，在所述点火喷嘴与所述光学反射表面之间设置有激光点火区域；所述点火喷嘴与所述光学反射表面之间设置有沿所述引导方向的空间距离，所述激光点火区域为从所述空间距离的1/2处到所述光学反射表面之间的区域。

12.根据权利要求1至11任一项所述的热力燃烧用激光点火装置，其中，所述第一光源为红外光激光源，所述激光为红外激光。

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