CN116806296A - 用于燃煤燃烧器中的燃料的激光点火的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种点燃煤空气‑燃料混合物的系统和方法，包括具有燃烧器管(100)和第一导流装置(118)的燃烧器(14)，该燃烧器管可操作以将燃料与空气的流动混合物运送到加热炉以在该加热炉中燃烧，该第一导流装置设置在该管内，可操作以将流动的燃料与空气混合物的第一部分引导到该燃烧器管中的一定位置。该系统还包括燃烧器管(130)内的激光点火器(17)，该激光点火器包括激光管(110)和激光源(150)，该激光管具有带有激光输入端的第一端和带有光输出端的第二端，该激光源可操作地耦合到该激光输入端。该激光源包括激光器。该激光点火器将来自该光输出端的光子引导到该燃烧器管中的该位置以点燃该燃料的该第一部分的至少一部分。

Description

用于燃煤燃烧器中的燃料的激光点火的系统和方法
技术领域
如本文所述的实施方案总体上涉及用于煤的激光点火的评估和控制方法以及系统。更具体地说，一种用于控制燃煤锅炉系统中的燃料的点火和燃烧的方法和系统。
背景技术
锅炉通常包括其中燃料燃烧来生成热量以产生蒸汽的炉。燃料的燃烧产生热能或热量，该热能或热量用于加热和蒸发诸如水的液体，这产生蒸汽。所产生的蒸汽可用于驱动涡轮机以产生电力或为其他目的提供热量。诸如粉煤、天然气等的化石燃料是在锅炉的许多燃烧系统中使用的常规燃料。当燃烧燃料时，产生热量并形成煤烟以及烟道气。
当今的电力市场由于可再生能源越来越多的参与，正在从基本负载转移到循环负载和峰值负载。许多电网系统面临的新兴挑战是与此类可再生能源的突然和循环的电力生产概况相关联的电网稳定性。随着越来越多的可再生能源加入到电网中，越来越需要以低功率操作化石燃料焚烧发电厂和/或改进快速启动以帮助稳定电网。使工厂能够在部分负载下运行更长时间并且具有多次冷启动将允许可再生电力更多地渗透到电网中，并且减少由于负载循环而导致的部件中的应力和疲劳。然而，在低功率下操作工厂以及使大型工厂更响应于负载变化提出了挑战。例如，大型发电厂呈现大的热质量，这需要时间来加热并且具有有限的热梯度能力。此外，对于低工厂负荷下的燃煤燃烧，燃烧器火焰稳定性降低。
为了确保在低功率条件下的可操作性，在许多情况下，通过燃烧油产生额外的支持或启动火焰。然而，油点火器存在若干问题，这些问题由于当今煤工厂的操作特性而增强。例如，由于油中存在硫而增加的腐蚀、由于工厂必须维持可燃油或天然气的充足储存而增加的物流复杂性，以及增加的操作成本。
在一些系统中，等离子体点火器已经在商业上被部署以克服对产生火焰的油基点火器的需要。这些点火器在多个点火级的帮助下直接点燃煤，并在整个空气/燃料比和燃料流量水平上保持火焰。在等离子体点火器中，高压源(存在于点火区域中)产生等离子体(高能带电气态离子)。等离子体撞击煤颗粒，使煤颗粒加热并最终点燃。然而，等离子体点火器也存在导致更高成本的挑战。例如，等离子体点火器需要高的辅助功率要求(120kW至150kW)、具有显著电绝缘的中压电缆、笨重的设备、腐蚀电极的频繁更换，以及对煤流具有比期望更高的阻碍的点火喷枪。
因此，需要一种用于产生额外的支持或启动火焰而不需要油或复杂的等离子体点火器的新的方法和系统。
发明内容
在一个实施方案中，公开了一种燃烧器组件。该燃烧器组件包括：燃料源；加热炉；燃料输送管，用于将燃料从该燃料源输送到该加热炉；和激光点火器，被构造成点燃通过该燃料输送管运送到该加热炉的该燃料，该激光点火器包括：激光源；激光管，用于将激光束从该激光源递送到该燃料输送管中的该燃料；和点火管，设置在该燃料输送管内以接收流过该燃料输送管的一部分燃料，其中该激光束加热并点燃该点火管中的该燃料，其中该点火管中的该燃料的该点燃在多个点火级中发生。
在另一实施方案中，提供了一种系统。该系统包括：煤燃料源；空气源；加热炉；燃料输送管，用于将来自该煤燃料源的煤与来自该空气源的空气的混合物输送到该加热炉以使该混合物燃烧；和激光点火器，被构造成点燃通过该燃料输送管运送到该加热炉的该煤与空气的混合物，该激光点火器包括：激光源；激光管，用于将激光束从该激光源递送到该燃料输送管内的该煤与空气的混合物，其中该激光管的一部分设置在该燃料输送管内；和点火管，设置在该燃料输送管内以接收流过该燃料输送管的该煤与空气的混合物的一部分，其中该点火管的入口与该激光管的设置在该燃料输送管内的该部分隔开预定间隔，其中该激光束在多个点火级中加热和点燃呈该预定间隔并且在该点火管中的该煤与空气的混合物；该系统还包括多个导流装置，其中该导流装置中的每个导流装置被构造成引导该煤与空气的混合物的该流的一部分围绕该点火管流动以由该激光束照射。
在又一实施方案中，公开了一种点燃用于在燃烧器组件中燃烧的燃料的方法。该方法包括：用燃料输送管将来自燃料源的燃料与来自空气源的空气的混合物的流输送到加热炉；引导该燃料与空气的该混合物的该流的一部分穿过放置在该燃料输送管内的点火管的入口；将激光束朝向通过该点火管运送的该燃料与空气的该混合物引导；在多个级中加热和点燃通过该点火管运送的该燃料与空气的该混合物；以及将已加热和已点燃的该燃料与空气的混合物从该点火管供应到该加热炉。
通过本公开的技术实现了另外的特征和优点。本文详细描述了本公开的其他实施方案和方面。为了更好地理解本公开及其优点和特征，参考本文提供的说明书和附图。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解所述实施方案，其中：
图1是根据一个实施方案的具有锅炉和点火系统的发电系统的简化示意图；
图2是根据一个实施方案的示例性点火管和点火器的一个截面的图示；
图3是根据一个实施方案的图2的点火器系统和点火管的更详细的图示；
图4是根据一个实施方案的点火方法的流程图图示。
具体实施方式
下面将详细参考如本文所述的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中使用的相同附图标记指的是相同或相似的部分。虽然本文参考热回收蒸汽发生系统中的粉状盘管锅炉描述了各种实施方案，但是这种参考仅仅是说明性的。通常，所述实施方案可应用于燃料燃烧燃烧系统的任何应用，包括但不限于如可在粉煤发电厂中使用的粉煤燃烧器。其他系统可包括采用燃煤燃烧系统的其他类型的工厂，包括但不限于化工厂、发电厂以及利用各种燃料(包括但不限于煤)的锅炉、加热炉和焚烧加热器。例如，设想的锅炉包括但不限于T型燃烧和壁燃烧两者的粉煤锅炉、循环流化床(CFB)和鼓泡流化床(BFB)锅炉、抛煤机锅炉、用于生物质锅炉(包括受控的循环、天然循环和超临界锅炉)的悬浮燃烧器以及其他热回收蒸汽发生器系统。
如本文所述的实施方案涉及一种发电系统，该发电系统具有燃烧系统以及用于该燃烧系统的基于激光的点火和控制方案。尤其是，一种用于产生启动火焰和额外的火焰支持而不需要油或等离子体点火的复杂性的方法。在一个实施方案中，火焰在定制设计的煤燃烧器内部产生，在该煤燃烧器中，高功率激光束撞击在流动的粉煤颗粒上。颗粒的温度通过吸收来自激光的光子而升高，并且在达到所需临界温度后点燃。此外，从单个颗粒点火事件释放的能量被相邻的煤颗粒吸收。这些颗粒也被加热和点燃。这个连锁过程持续，直到产生稳定的火焰为止。
图1示出了发电系统10，该发电系统带有具有锅炉12的燃烧系统11，如根据若干实施方案的发电应用中可采用的。锅炉12可以是切向焚烧锅炉(也称为T型焚烧锅炉)或壁焚烧锅炉。燃料和空气通过燃烧器组件14和/或与其相关联的喷嘴引入锅炉12中。燃烧系统11包括燃料源，诸如例如粉碎机16，该粉碎机被配置为将燃料诸如煤研磨至期望的细度。使用一次空气将粉煤从粉碎机16传递到锅炉12。空气源18向锅炉12供应一次、二次或燃烧空气，在该锅炉中，该一次、二次或燃烧空气与燃料混合并燃烧。在锅炉12是氧焚烧的情况下，空气源18可以是从进入空气气流或直接从大气中提取氧气的空气分离单元。在一个实施方案中，燃烧器组件14包括来自粉碎机16和激光点火器17的燃料源，如本文将进一步详细描述的。激光点火器17包括但不限于用于高功率激光器的电源和冷却系统、高功率激光器以及用于将光运送到燃烧器位置的诸如光纤的机构。激光点火器17和激光管将激光递送到流动的粉煤用于点火以及火焰稳定性，如本文将进一步描述的。激光将被保护以采取预防措施，以避免高功率辐射的任何意外泄漏。
锅炉12包括位于主燃烧器区22下方的料斗区20，可从该料斗区收集灰分以用于后续移除。锅炉12的底部可以设置有格栅，该格栅用于两个目的。首先，格栅用于引入称为一次空气或燃烧空气的燃烧、悬浮或流化气体(用于床型锅炉)，该燃烧、悬浮或流化气体由风扇34经由空气预热器35泵送到锅炉12中。第二，格栅便于从锅炉12去除底灰和其他碎屑。锅炉12还包括：主燃烧器区22(也称为风箱)，在该主燃烧器区中，空气和空气燃料混合物被引入锅炉12中；燃尽区24，在该燃尽区中，在主燃烧器区22中未燃烧的任何空气或燃料得到燃烧。
此外，锅炉12包括具有过热器27的过热器区26和具有经济器31的经济器区28，在该过热器区中，燃烧烟气可使蒸汽过热，在该经济器区中，水可在进入混合球或锅筒25之前被预热。在主燃烧器区22中，一次空气、粉煤和二次空气的受控流被引入到燃烧系统11中，以在其中实现旋转火球的形成。进入经济器31的锅炉给水来源于在蒸汽涡轮50和蒸汽涡轮50下游的冷凝器57中的使用。冷凝物在进入经济器31之前首先利用一个或多个低压预热器(未示出)由蒸汽加热。泵40可用于帮助将水循环至水壁23并通过锅炉12。
燃料在锅炉12内用一次空气和二次空气的燃烧产生烟道气的气流，该烟道气的气流最终被处理并通过经济器区28下游的烟囱排出。从烟道气收集热量的通常最后步骤发生在燃烧空气预热器35中，其中烟道气热量用于加热在燃烧系统11中用作燃烧空气的空气。空气预热器35在烟道气路径中之后是静电过滤器/除尘器或袋式过滤器(未示出)，该静电过滤器/除尘器或袋式过滤器在烟道气经由烟囱排放到大气中之前分离留在烟道气中的任何固体颗粒。如本文所用，诸如“下游”的方向意指在烟道气流的大致方向。类似地，术语“上游”与“下游”的方向相反，即与烟道气流的方向相反。
通常，在发电系统10和(更具体地说)燃烧系统11的操作中，燃料在锅炉12中的燃烧加热锅炉12的水壁23中的水，然后该水穿过在下文中称为锅筒25的蒸汽锅筒(或等同物)。然后将加热的蒸汽引导到过热器区26中的过热器27，在该过热器中，通过烟道气将额外的热量赋予蒸汽。然后将来自过热器27的过热蒸汽经由大体示为60的管道系统引导到涡轮机50的高压部段52，其中蒸汽膨胀并冷却以驱动涡轮机50，从而转动发电机58来发电。之后，可将来自涡轮机50的高压部段52的膨胀蒸汽返回到再热器29以再热蒸汽，随后将蒸汽引导到涡轮机50的中压部段54，并最终引导到涡轮机50的低压部段56，在该处蒸汽连续膨胀和冷却以驱动涡轮机50。
如图1所示，燃烧系统11包括一系列传感器、致动器和监测装置，以监测和控制点火和燃烧过程以及所产生的关于锅炉操作的后果。例如，在整个系统中采用总体上和共同地示出为36、37的温度和压力监测器，并且该温度和压力监测器与控制单元200接口，以确保适当的控制、操作并确保不超过燃烧系统11和锅炉12的操作极限。在另一示例中，燃烧系统11可包括同样与控制单元200接口的多个流体流量控制装置30，该多个流体流量控制装置向与燃烧器组件14相关联的每个燃料引入喷嘴供应用于燃烧的二次空气。在一个实施方案中，流体流量控制装置30可以是电致动的空气阻尼器，这些空气阻尼器可被调节以改变提供给与每个燃烧器组件14相关联的每个燃料引入喷嘴的空气量。
锅炉12还可包括在加热炉和锅炉12周围的各种空间位置处的其他能够单独控制的空气阻尼器或流体流量控制装置30。流量控制装置30中的每个流量控制装置能够由控制单元200独立地控制，以确保对于每个喷嘴位置实现期望的空燃比和火焰温度。此外，发电系统10还可包括多个流体流量控制装置66，以例如对系统10中的水或蒸汽的流量进行控制。在一个实施方案中，流体流量控制装置66可以是多个电致动阀，该电致动阀可被调节以改变从中穿过的流体的量。流体流量控制装置(例如，66)中的每个流体流量控制装置能够由控制单元200单独控制。
图1还示出了在经济器区28中的过热器27、再热器29和经济器31下游的锅炉12的后烟道(或后通风部段)33。后烟道33还可以装配有监测装置37。诸如气体传感器37的监测装置37被可选地配置为用于测量和评估后烟道33内的气体种类，诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、汞(Hg)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)、氧气(O2)等。SO2和SO3统称为SOx。类似地，NO2和NO统称为NOx。
继续锅炉12的操作，可选地，将预先确定比率的燃料与空气提供到燃烧器组件14中的每个燃烧器组件以用于燃烧。当燃料/空气混合物在加热炉内燃烧并且产生烟道气时，监测燃烧过程和产生的烟道气。尤其是，感测并监测火球和火焰的各种参数、炉壁上的状况以及烟道气的各种参数。这些参数可以被传达到燃烧控制单元200，在该燃烧控制单元中根据存储在存储器中并由处理器执行的控制算法对这些参数进行分析和处理。控制单元200被构造成依据一个或多个监测到的燃烧和烟道气参数以及炉壁状况来控制提供给锅炉12的燃料和/或供应到锅炉12的空气。
图2描绘了根据一个实施方案的作为燃烧系统11的一部分的主燃烧器组件14和激光点火系统17的简化框图。在一个实施方案中，燃烧器组件14包括但不限于管100，该管运送来自粉碎机16的粉煤颗粒(通常示为102)和来自空气源18的一次空气，类似于现有燃烧器组件的一次空气。在附图中，管100被描绘为圆形横截面；然而，这种描绘仅用于说明目的。管100可具有任何种类的构造和/或横截面，包括但不限于圆形、正方形、矩形、三角形或多边形，而不限制如本文所述的实施方案的范围。
主燃烧器组件14的管100还装备有一个或多个导流装置，通常示为118，并且分别示为118a、118b、118c等。导流装置118可操作以帮助引导管100中的粉煤颗粒102和空气的流。导流装置可围绕管100或点火管130或两者的圆周分布。在一个实施方案中，导流装置118操作以引导和聚集燃烧器组件14中的煤颗粒102。导流装置118的功能是通过机械装置将此燃料的可控部分转移到管100中的选定位置，以由点火器(例如，所述实施方案的激光点火器17)点火。喷射到燃烧器中的燃料流量的大小由燃烧器的期望操作点确定。导流装置118被设计成确保煤颗粒102在聚焦或准直激光束的空间包络内花费最多的时间，如本文更详细描述的。在一个实施方案中，导流装置118可以是可控制的文丘里端口。在另一实施方案中，导流装置118可以是静态的或可控制的导流板或叶片。在一个实施方案中，导流装置118可以被实现为具有可变形状的静态或可控结构，该可变形状引起对管中的流的重新引导。例如，导流装置可具有直的或弯曲的前缘，以对管100或点火管130中的空气和煤颗粒的流施加可变的调节或修正。在一个实施方案中，导流装置118操作以将煤颗粒102的流主要引导到管100的中心以供来自激光点火器17的激光直接冲击，如本文进一步描述的。在另一实施方案中，导流装置118a的功能是通过机械装置将管100中的燃料与空气流的可控部分转移到可选点火管130中，如本文将进一步详细描述的。
在一个实施方案中，管100被构造有封闭在其中的激光点火器17。在一个实施方案中，管100被构造有基本上但不必在其中同心的激光点火器17。激光点火器17包括第二管110，表示为激光管110，该激光管包围被引导通过激光管110和可选点火管130的激光。激光管110在第一端114处具有激光输入端112和空气输入端113，并且在第二端或出口端116处具有聚焦透镜119。空气输入端113沿着激光管110的长度引导空气，提供冷却，并且将激光管110保持在正压和流动下，以确保激光管110保持清洁并且避免任何煤颗粒102从管100进入。
激光输入端112可包括但不限于来自可操作地连接到可控电源的激光源150的输入。激光源150可包括激光二极管(未示出)、光纤激光器或任何高功率CW或脉冲激光器，光从该激光二极管、光纤激光器或任何高功率CW或脉冲激光器被引导穿过选定透镜、光栅、耦合器等以耦合到光纤154。激光经由光纤154光学地耦合到激光输入端112。有利地，通过采用一个或多个光纤154将来自激光源的能量耦合到激光点火器17，允许激光二极管光源150和相关联的光学器件位于距激光点火器17和燃烧系统11的挑战性环境一定距离处。在一个实施方案中，可以用多个光纤154从较小功率的激光器运送激光，使得激光系统的总功率较高。例如，可以共同利用多个较小功率的激光器来产生高强度的激光或具有较大光束体积的激光束。以这种方式，累积的能量加热流动的煤颗粒102，并且不一定是如在激光加工的情况下的激光的“单个焦斑”。有利地，这种模块化构造降低了激光点火器的成本，并且使得系统灵活且可扩展。可以通过添加更多的光纤和/或激光器来容易地调节或增加系统的总功率。此外，这个方案有利于系统鲁棒性，从而消除了在燃烧系统11的整个点火系统中激光源150内的任何单个故障点。尽管如本文所述利用连续波(CW)光纤耦合激光器是方便的，使得可允许将激光源150放置在远离燃烧系统11的某一距离处，但这种描述仅用于说明。其他实施方案和配置是可能的。例如，可以采用通过一系列反射镜和/或透镜的高功率自由空间耦合光能束。
在激光输入端处，从光纤154发出的光子被准直并经由激光管110输送到点火区，有利地，如本文所述冷却和净化该激光管。在激光管110内，利用位于激光管110内一定距离处的透镜119将光子聚焦到靠近点火管130的入口的选定位置处的紧密光斑尺寸。在另一实施方案中，光子被简单地保持准直并且从激光管110被引导到点火管130。经由激光输入端112接收到的来自激光的聚焦或准直光子被引导到点火管130。因此，与常规等离子体点火器相比，激光管100保持更简单和更小的尺寸，并且对煤流的侵入更少。特别是与常规等离子体点火器相比，在激光管110中的净化以及简化的构造使激光管110的结垢最小化，并且增加了激光点火器17的维护间隔。在一些实施方案中，将激光更深地聚焦在点火管130中也是有利的。例如，可能希望将激光束聚焦到燃烧器中，而不必在激光管110的出口端116附近。这对于在给定的燃烧器几何形状中通过激光能量实现煤颗粒102的一定体积加热可能变得合乎需要。
继续图2，在一个实施方案中，激光点火器17还包括可选点火管130。点火管130具有开口端，一端132更靠近激光管110。点火管130基本上与管100同心并且在该管内，并且基本上在与激光管110相同的轴线上，尽管该点火管不必如此。在一个实施方案中，点火管130在空气和煤颗粒102的流动中轴向地位于激光管110的下游。煤颗粒102和管100中的气流由设置在管100上的导流装置118引导以进入点火管130。在一个实施方案中，附加流动控制装置(在这种情况下示为118b)也可以设置在点火管130内的内壁136上。这些导流装置118b可用于在煤颗粒102和空气流过点火管130时进一步引导该煤颗粒和空气的流，从而将煤颗粒102集中在点火管130内的大约选定位置处。在一个实施方案中，煤颗粒102基本上被引导到点火管130的中心，以确保颗粒102被尽可能多的来自激光的光子瞄准并吸收这些光子。在一个实施方案中，准直的或聚焦的光子基本上被引导到点火管130的中心，以便集中在光子的焦点处。在一个实施方案中，希望实现激光束的光子和煤颗粒102的分布，使得受控或选定量的煤颗粒102实现临界点火。控制方向和点火以确保点火器17避免太少的煤颗粒102吸收比所需的激光能量多得多的激光能量的情况，或者相反地，太多的煤颗粒102吸收激光能量从而将该激光能量划分到太少的煤颗粒102被点火以实现整体点火和火焰传播的程度的情况。在一个实施方案中，这种控制是通过平衡激光束几何形状以及在激光束中流动的煤颗粒102分布之间的相互作用来实现的。
在一个实施方案中，应当理解，管100(以及在使用它的实施方案中)无论是否包括可选点火管130，都可以被分成多个操作/点火级160。还应当理解的是，虽然已经将若干实施方案描述为利用可选点火管130，但是这样的描述是为了说明。燃烧系统11(更具体地说，激光点火器17)的所描述功能性和操作可在具有或不具有可选点火管130的情况下实现。图3提供了如在本文的实施方案中所述的多级点火过程的图解描绘并且描绘了点火和燃烧的各个级，总体上示为160。在一个实施方案中，仅点火的第一级(描绘为162)主要需要激光光子吸收以经由光子能量的直接吸收来点燃少量煤颗粒102。在管100或点火管130的下游，如图所描绘，在第二级164中，燃烧的煤颗粒102产生火焰，该火焰对在第一级162中未点火(例如，尚未点火)并直接进入第二点火级164的更多煤颗粒102进行加热和点火。因此，当所有煤颗粒被点燃时，在第二级164中的后续点燃引起点燃和火焰在点燃管130中和从该点燃管进入燃烧器组件14中的进一步膨胀和传播，如在166处描绘的。
有利地，所述实施方案克服了对中间传热介质(如等离子体或火焰)将能量传递到煤颗粒的需要。在所述实施方案中，能量直接通过激光光子本身被引导到煤颗粒102。当光子撞击在煤颗粒102上时，该煤颗粒吸收光子中的能量，加热并点燃。在一些实施方案中，为了加速点火过程，可以采用预热过程。在一个实施方案中，通过允许激光光子撞击在点火管130的内壁136上(在没有煤颗粒102和气流的情况下)从而加热该点火管来预热点火管130。在另一实施方案中，通过点燃点火管130内的煤颗粒来预热点火管130，这又对点火管130进行加热。这种预热使得点火管130更热，预热煤颗粒102和空气混合物，并且从而降低了通过光子吸收直接点燃煤颗粒102所需的激光功率。在另一实施方案中，为了促进点火，还可以将一次空气预热以使得煤颗粒102的温度升高，从而使得激光点火更容易并且需要更少的激光功率来将煤颗粒102的温度升高超过点火点。因此，有利地，预期如本文所述的激光点火器17预期比现有等离子体点火器需要更少的激光功率来点燃煤燃烧器14。
在又一实施方案中，煤颗粒102的激光点火可以通过进一步的气流和方向控制来进一步增强或促进。在一个实施方案中，从激光管110出来的空气速度可以比流过周围的燃烧器和管100的空气速度慢。在这种条件下，将在激光束路径中的激光管110的前面产生在点火级162中总体示为163的再循环区(例如，流中的涡流)。在这个再循环区163中被捕集的煤颗粒102将多次穿过/横穿激光束，从而增加了该煤颗粒在激光束中所花费的时间并且吸收光子以用于加热。因此，这种再循环将提高煤颗粒102点燃的概率，并且随后这些颗粒102进一步促进燃烧器中剩余煤颗粒102的点燃。在一个实施方案中，煤颗粒102与空气流的混合物穿过管100的流动可以减慢或降低到预定最小允许速度，以便使煤与空气的混合物在从激光管110发射的激光束内的时间最大化。以这种方式，煤与空气的混合物可以在再循环区中和在点火管130的不同级中被照射更长时间。在另一实施方案中，流量控制装置118以及激光管110和/或管100中的空气流速可用于控制再循环区163，并且从而控制煤颗粒102在激光的路径中的停留时间以用于初始点火，并且稍后稳定火焰。
在另一实施方案中，为了促进激光点火，煤颗粒102和/或气流速度可以被控制，在这种情况下，可以被降低。降低速度使煤颗粒102减慢，使得该煤颗粒在激光束中流动，从而吸收光子达更长的持续时间。这种停留时间的增加使得煤颗粒能够从激光束吸收更多的能量。这种方法还可以使得能够利用较低的功率输出，或者甚至激光的较低额定值来点燃煤颗粒102，从而降低成本。
所述实施方案的激光点火器17优于等离子体点火器的另一潜在优点是能量输入仅被引导到吸收激光辐射的煤颗粒102，而不被引导到不吸收激光辐射的空气。因此，与其他点火器(如最终也加热周围空气介质的油、气体或等离子体点火器)相比，煤颗粒102的初始点火更有效地实现。所述实施方案的激光点火器17的另一优点是，在油、气体或等离子体点火器中，传递给煤颗粒102的热能通常是剧烈和动荡的。结果，动荡扰乱了煤颗粒102的流动，使得难以模拟和设计煤颗粒102的初始点火。在不干扰煤颗粒102和气流的情况下，激光光子被煤颗粒102吸收，因此使得更容易模拟、设计和控制煤基燃烧系统11中的煤颗粒102的点火。因此，可以设计并实现点火器17的改进的点火性能。
现在转到图4，在所述实施方案中，方法400监测锅炉系统12的燃烧系统11中的点火。如过程步骤410所描绘，方法400开始于向燃烧器14的点火器17提供燃料和空气。如本文所述，燃料可以是呈煤颗粒102形式的粉煤和空气。在一个实施方案中，将煤颗粒102分选为具有点火所期望的选定尺寸，如本文所述。方法400继续将燃料与空气混合物的第一部分引导到管100内的选定位置，如过程步骤420所描绘。如过程步骤430所描绘，可选地，将燃料与空气混合物的第一部分的第一个部分引导到点火管130。方法400继续进行过程步骤440，并且将光子从激光管110引导到选定位置以点燃燃料的第一部分的至少一部分。在可选实施方案中，选定位置在点火管130内。当光子从激光管110被引导时，选定位置对应于该光子的焦点。在过程步骤450处，可选地，将燃料与空气混合物的第一部分的第一个部分的另一部分引导到点火管130内以促进燃料在该点火管中的燃烧。方法400在过程步骤460处继续，在该过程步骤中，控制火焰在燃烧器14中或穿过该燃烧器的传播。最后，如可选过程步骤470所描绘，方法400还可包括将光子引导到点火管的内壁136处，以促进加热点火管130，并且从而点燃和燃烧该点火管中的煤颗粒102。
应当理解，虽然方法400的各个步骤以特定顺序描绘，但它们不需要以此类顺序并且以此类顺序描述仅仅是为了说明实施方案的示例。一些步骤可易于以不同顺序进行。除了节省操作之外，与现有等离子体点火器相比，所述实施方案的激光点火系统17还节省资金成本、节省空间并节省能量，以及简化设计和构造。尤其是，利用本文公开的控制系统，可以实现激光点火器的闭环控制，以精确地控制燃料点火和燃烧，从而实现燃烧器的最佳性能。例如，在一个实施方案中，煤颗粒102的点火可以用可机械移动的电控导流装置118来控制以控制流，从而用一种选定的配置来实现点火并且用另一种配置来维持点火。由于激光能量不干扰煤颗粒102流，因此激光点火器17的这种构造再次提高了可操作性和效率，优于现有的激光点火器17。
在一个实施方案中，压力和/或温度传感器120(图2)可以但不是必须用于监测激光点火器17中的点火。尽管不是必需的，但这种传感器120的使用扩展了激光点火器17和整个燃烧系统11的能力，并且可以在整个系统14中使用，特别是在管100和点火管130中使用。例如，燃烧器管100中的压力传感器120可以提供气体由于点火而突然膨胀时的指示。这种压力变化可以作为初始点火的指示，以促进点火器中的点火控制。类似地，点火级(例如，162、164)上的热电偶确保由于激光点火器17而实现持续的燃烧。所测量的温度可用于实现受控点火和持续燃烧。例如，在一个实施方案中，激光功率可以在短时间内维持在高水平以实现煤颗粒102的初始点火，然后逐渐降低以实现并维持点火。结果，激光源150所需的平均功率将降低，从而降低激光源150的成本。
控制单元200可包括必要的电子器件、软件、存储器、储存装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或其他视觉或音频用户界面、打印设备，以及用于执行本文所述功能和实现本文所述结果的任何其他输入/输出接口。例如，如前所述，在一个实施方案中，控制单元200可被实现为发电系统10的独立或模块化部件，包括至少一个处理器或处理模块(未示出)和系统存储器/数据存储结构，该系统存储器/数据存储结构可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。该模块的处理器可包括一个或多个常规微处理器、微控制器，以及一个或多个辅助协处理器，诸如数学协处理器等。本文讨论的数据存储器结构可包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，并且可包括例如RAM、ROM、闪存驱动器、诸如致密盘的光学盘和/或硬盘或驱动器。控制单元200可以集成微控制器的形式实现，其中功能中的每个功能可根据需要集成到单个封装、ASIC或FPGA中以与各种传感器、控制阀、模块等接口以实现本文所述的功能性、处理和通信。
另外，可将使燃烧系统11和激光点火器17适应于执行本文所公开的方法400的软件应用程序从计算机可读介质读取到至少一个处理器的主存储器中。因此，所述实施方案可实时执行本文公开的方法。尽管在实施方案中，软件应用程序中指令序列的执行使得至少一个处理器执行本文所述的方法/过程，但可使用硬连线电路来代替或结合用于实现所述方法/过程的软件指令。因此，本文所述的实施方案不限于硬件和/或软件的任何特定组合。
如本文所用，术语“计算机可读介质”是指向控制单元200的至少一个处理器(或本文所述设备的任何另一处理器)提供或参与提供指令以供执行的任何介质。此类介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如光学、磁性或光磁性的盘，诸如存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器(SSD)、磁带、任何另一磁性介质、CD-ROM、DVD、任何另一光学介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电可擦可编程的只读存储器)、FLASH-EEPROM、任何另一存储器芯片或匣，或计算机可读取的任何其他介质。
在一个实施方案中，传感器(例如，36)中的每个传感器可以硬连线到控制单元200。在另一实施方案中，可以采用低功率通信接口。通信接口与互连线/网络接口，该互连线/网络将系统10的部件与诸如控制单元200的一个或多个控制器互连。网络可以是有线和无线部件的混合，并且可以利用包括IP网络的通信网络。应当理解，互连线/网络可包括有线部件或无线部件或它们的组合。此类有线部件可包括常规网络电缆、光纤、电线，或传感器36、控制阀30、66、控制单元200和锅炉系统10的其他装置可以通过其通信的任何另一类型的物理结构。网络可包括无线部件，并且可包括无线电链路、光链路、磁链路、声波链路，或传感器、控制阀30、66和控制单元200可以通过其通信的任何另一类型的无线链路。在一个实施方案中，可以采用无线通信接口和无线网络。例如，通信接口可以使用各种技术、应用技术和协议来促进所述实施方案的实现，并且绝不是限制性的。例如，通信接口和网络可以被实现为以太网、NFC等。网络可以采用集线器和轮辐类型构造或网格网络构造来实现。在一些实施方案中，可利用无线网格网络以允许围绕锅炉12部署的多个传感器、控制阀30、66彼此通信、协调测量且将数据传回到控制单元200。
应当理解，尽管锅炉12，并且更具体地说，激光点火系统17或控制单元200可以被描述为被实现为包括用于各种部件的各种分离的模块，但是这样的描述仅仅是为了说明和示例。在一个或多个实施方案中，所述部件中的全部或一些部件的功能性可以根据需要被容易地集成或组合。例如，在一个实施方案中，传感器36、控制阀30、66、处理模块400和通信接口/网络等的功能性可以整体或部分地集成到微控制器、ASIC、FPGA等中。
在一个实施方案中，本文描述了一种在燃烧器中点燃燃料的方法。该方法包括：向燃料燃烧器中的点火器提供流动的燃料与空气混合物；将流动的燃料与空气混合物的第一部分引导到燃烧器中的一定位置；以及将来自激光器的光子引导到该位置以点燃燃料的第一部分的至少一部分。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括至少部分地基于引导燃料与空气混合物的第一部分、第一部分的第一个部分以及第二部分中的至少一者的流来控制火焰在燃烧器中或穿过燃烧器的传播。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括控制是至少部分地基于引导流动的燃料与空气混合物的第二部分与已点燃的第一部分的至少一部分混合。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代形式，该方法的另外的实施方案可包括将燃料与空气混合物的第一部分引导到点火管内的选定位置。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括将燃料与空气混合物的第一部分的一部分引导到点火管内的选定位置。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括通过在引导燃料与空气混合物的第一部分之前将来自激光器的光子引导到点火管的内壁来预热点火管。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括将来自激光器的光子引导到点火管中的位置以点燃燃料的第一部分的该部分中的燃料中的至少一些燃料。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括通过沿着点火管的外壁引导燃料与空气混合物的另一部分来冷却点火管。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括引导是基于被构造成修改管中的流动的燃料和空气的方向的流量控制装置。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括通过以下操作中的至少一个操作来增强被引导到该位置的光子的强度：用利用透镜聚焦光子的准直器来准直光子。
本文在另一实施方案中还描述了一种点燃煤空气-燃料混合物的系统。该系统包括：燃烧器，该燃烧器具有燃烧器管，该燃烧器管可操作以将燃料与空气的流动混合物运送到加热炉以在该加热炉中燃烧；第一导流装置，该第一导流装置设置在管内，该第一导流装置可操作以将流动的燃料与空气混合物的第一部分引导到燃烧器管内的一定位置；和激光点火器，该激光点火器位于燃烧器管内。激光点火器包括：激光管，该激光管具有带有激光输入端的第一端和带有光输出端的第二端；激光源，该激光源可操作地耦合到激光输入端。其中激光源包括激光器，并且激光点火器将来自光输出端的光子引导到燃烧器管中的该位置以点燃燃料的第一部分的至少一部分。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括设置在管内的第二导流装置，该第二导流装置可操作以引导管中的流动的燃料与空气混合物的第二部分以控制火焰在燃烧器中或穿过燃烧器的传播。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括：对传播的控制是至少部分地基于引导流动的燃料与空气混合物的第二部分与已点燃的第一部分的至少一部分混合。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括管内的点火管，该点火管在燃料与空气的流动混合物中与激光管基本上同心并且在该激光管的轴向下游。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括第一导流装置将燃料与空气混合物的第一部分引导到点火管内的选定位置。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括设置在点火管内的第二导流装置，该第二导流装置可操作以将流动的燃料与空气混合物的第一部分的至少一部分引导到一定位置，并且激光点火器将来自光输出端的光子引导到点火管内的该位置以点燃燃料的第一部分的至少一部分。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括设置在管内的第三导流装置，该第三导流装置可操作以引导管中流动的燃料与空气混合物的至少另一部分。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括第三导流装置，该第三导流装置可操作以至少部分地基于引导燃料与空气混合物的第一部分、第一部分的第一个部分以及第二部分中的至少一者的流来控制火焰在燃烧器中或穿过燃烧器的传播。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括以下各项中的至少一项：用于准直激光管内的光子的准直器和用于将光子聚焦在该位置处的透镜。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括激光源远离激光输入端。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括激光束由多个激光束的组合形成。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括在选定条件下改变激光的强度，诸如在初始点火期间将激光强度尖峰到第一水平并且此后降低激光强度，以实现稳定点火。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括可构造成改变管和点火管中的至少一者中的煤颗粒和空气的流的不同文丘里设计。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该方法的另外的实施方案可包括减慢煤流以用于初始点火。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可以预热点火管、管、煤颗粒和被引导到点火管的空气中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，该系统的另外的实施方案可包括控制流动方向和激光功率以用于初始点火，并且然后恢复到不同的配置和激光功率以获得稳定的火焰。
如本文所用，“电通信”或“电耦合”意味着各个部件被配置为通过经由直接或间接电连接的直接或间接信令来彼此通信。如本文所用，“机械联接”是指能够支持用于在部件之间传递转矩的必要力的任何联接方法。如本文所用，“操作地耦接”指的是可以是直接或间接的连接。连接不一定是机械附接。
如本文所用，以单数形式列举并且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对所述实施方案中的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的附加元件。
另外，虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定与所述实施方案相关联的参数，但它们决不是限制性的并且是示例性实施方案。在回顾以上描述时，许多其他实施方案对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书来确定本发明的范围。此类描述可包括本领域的普通技术人员想到的其他示例，并且如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等的术语仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。此外，不是以平均值加函数格式书写的以下权利要求书的限制不旨在解释为此类限制，除非且直到此类权利要求书限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于……的方式”。

Claims (20)

1.一种燃烧器组件(14)，包括：
燃料源(16)；
加热炉(12)；
燃料输送管(100)，用于将燃料从所述燃料源输送到所述加热炉；和
激光点火器(17)，被构造成点燃通过所述燃料输送管运送到所述加热炉的所述燃料，所述激光点火器包括：
激光源(150)；
激光管(110)，用于将激光束从所述激光源递送到所述燃料输送管中的所述燃料；和
点火管(130)，设置在所述燃料输送管内以接收流过所述燃料输送管的一部分燃料，其中所述激光束加热并点燃所述点火管中的所述燃料，其中所述点火管中的所述燃料的所述点燃在多个点火级中发生。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件(14)，其中所述燃料输送管(100)包括多个导流装置(118)，其中所述导流装置中的每个导流装置被构造成引导所述燃料的流的一部分围绕所述点火管(130)流动以由所述激光束照射。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件(14)，其中所述多个导流装置(118)包括围绕所述点火管(130)的入口设置的至少一个导流装置和围绕所述点火管的出口设置的至少一个导流装置，其中围绕所述点火管的所述入口设置的所述至少一个导流装置被构造成将所述输送管(100)中的所述燃料的所述流朝向所述入口引导，并且其中围绕所述点火管的所述出口设置的所述至少一个导流装置被构造成将燃料流的避免进入所述点火管的所述入口的任何部分朝向离开所述点火管的所述出口的已点燃的燃料流引导，以与所述已点燃的流混合并且随后点火。
4.根据权利要求2所述的燃烧器组件(14)，其中所述多个导流装置(118)包括文丘里形装置。
5.根据权利要求1所述的燃烧器组件(14)，其中所述激光管(110)的一部分设置在所述燃料输送管(100)内，其中所述激光管的设置在所述燃料输送管中的所述部分与所述点火管隔开预定间隔，其中所述激光管的设置在所述燃料输送管中的所述部分与所述点火管(130)之间的所述预定间隔形成再循环区(163)，在所述再循环区中，在所述燃料输送管中运送的所述燃料的颗粒再循环以在进入所述点火管之前更多地暴露于所述激光束，其中所述再循环区中的所述燃料的所述颗粒吸收所述激光束的光子，并且加热以引起所述颗粒中的一些颗粒的初始点火，所述初始点火引起所述再循环区中的其他燃料颗粒的后续吸收、加热和点火。
6.根据权利要求5所述的燃烧器组件(14)，其中所述点火管的所述多个点火级(162,164)包括火焰引发级和火焰生长和传播级，其中所述火焰引发级接收来自所述再循环区的燃料颗粒以由所述激光束进一步照射，所述进一步照射引起燃烧和火焰产生，并且其中所述火焰生长和传播级接收在所述火焰引发级中经历燃烧和火焰产生的所述燃料颗粒以由所述激光束额外照射，所述额外照射引起所述火焰离开所述点火管朝向所述加热炉的进一步火焰生长和传播。
7.根据权利要求1所述的燃烧器组件(14)，其中所述点火管(130)的内壁包括多个点火导流装置(118)，其中所述点火导流装置中的每个点火导流装置被构造成将所述燃料的所述流引导到所述点火管内的集中位置以由从所述激光管接收到的所述激光束照射。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件(14)，还包括用于将所述激光束朝向所述点火管(130)引导的光学装置(119)。
9.一种系统(14)，包括：
煤燃料源(16)；
空气源(18)；
加热炉；
燃料输送管(100)，用于将来自所述煤燃料源的煤与来自所述空气源的空气的混合物输送到所述加热炉以使所述混合物燃烧；
激光点火器(17)，被构造成点燃通过所述燃料输送管运送到所述加热炉的所述煤与空气的混合物，所述激光点火器包括：
激光源(150)；
激光管(110)，用于将激光束从所述激光源递送到所述燃料输送管内的所述煤与空气的混合物，其中所述激光管的一部分设置在所述燃料输送管内；和
点火管(130)，设置在所述燃料输送管内以接收流过所述燃料输送管的所述煤与空气的混合物的一部分，其中所述点火管的入口与所述激光管的设置在所述燃料输送管内的所述部分隔开预定间隔，其中所述激光束在多个点火级中加热和点燃呈所述预定间隔并且在所述点火管中的所述煤与空气的混合物；和
多个导流装置(118)，其中所述导流装置中的每个导流装置被构造成引导所述煤与空气的混合物的流的一部分围绕所述点火管流动以由所述激光束照射。
10.根据权利要求9所述的系统(14)，其中所述多个导流装置包括围绕所述点火管的所述入口设置的一对相对导流装置(118)和围绕所述点火管的所述出口设置的一对相对引导装置，其中围绕所述点火管的所述入口设置的所述一对导流装置被构造成将所述输送管中的所述煤与空气的混合物的所述流朝向所述入口引导，并且其中围绕所述点火管的所述出口设置的所述一对引导装置被构造成将所述煤与空气的混合物的所述流的避免进入所述点火管的所述入口的任何部分朝向离开所述点火管的所述出口的已点燃的煤和空气的流引导，以与所述已点燃的煤和空气的流共混并且随后点火。
11.根据权利要求9所述的系统(14)，其中所述多个导流装置(118)包括文丘里形装置。
12.根据权利要求9所述的系统(14)，其中所述激光管(110)的设置在所述燃料输送管(100)中的所述部分与所述点火管之间的所述预定间隔形成再循环区(163)，在所述再循环区中，在所述燃料输送管中运送的所述煤与空气的混合物中的煤的颗粒在所述再循环区中再循环以在进入所述点火管之前更多地暴露于所述激光束，其中所述煤的所述颗粒吸收所述激光束的光子，并且加热以引起煤颗粒中的一些煤颗粒的初始点火，以及所述再循环区中的其他煤颗粒的后续吸收、加热和点火。
13.根据权利要求12所述的系统(14)，其中所述点火管(130)的所述多个点火级包括火焰引发级(162)和火焰生长和传播级(164)，其中所述火焰引发级接收来自所述再循环区(163)的所述煤颗粒以由所述激光束进一步照射，所述进一步照射引起燃烧和火焰产生，并且其中所述火焰生长和传播级接收在所述火焰引发级中经历燃烧和火焰产生的所述煤颗粒以由所述激光束额外照射，所述额外照射引起所述火焰离开所述点火管朝向所述加热炉的进一步火焰生长和传播。
14.根据权利要求9所述的系统(14)，其中所述点火管(130)的内壁包括多个点火导流装置(118)，其中所述点火导流装置中的每个点火导流装置被构造成将所述煤与空气的所述混合物的所述流引导到所述点火管内的集中位置以由从所述激光管接收到的所述激光束照射。
15.根据权利要求9所述的系统(14)，还包括：
多个传感器(36,37)，位于所述燃料输送管和所述激光点火器周围，所述传感器中的每个传感器被构造成检测与所述煤与空气的混合物的所述加热和所述点火相关联的操作条件；和
控制单元(200)，被构造成从所述多个传感器接收检测到的操作条件，并且由所述激光点火器根据所述检测到的操作条件来控制所述煤与空气的所述混合物的所述加热和所述点火。
16.一种点燃用于在燃烧器组件(14)中燃烧的燃料的方法(400)，包括：
用燃料输送管(100)将来自燃料源的燃料与来自空气源的空气的混合物的流输送到加热炉；
引导所述燃料与空气的所述混合物的所述流的一部分穿过放置在所述燃料输送管内的点火管(130)的入口；
将激光束朝向通过所述点火管运送的所述燃料与空气的所述混合物引导；
在多个级(162,163,164)中加热和点燃通过所述点火管运送的所述燃料与空气的所述混合物；以及
将已加热和已点燃的所述燃料与空气的混合物从所述点火管供应到所述加热炉。
17.根据权利要求16所述的方法(400)，还包括将所述燃料与空气的所述混合物的所述流的避免进入所述点火管的所述入口的任何部分朝向离开所述点火管的出口的已点燃的燃料流引导，以与所述已点燃的燃料流共混并且随后点火。
18.根据权利要求16所述的方法(400)，还包括使来自所述燃料与空气的所述混合物的所述燃料的颗粒在进入所述点火管(130)的所述入口之前穿过所述激光束再循环，其中所述燃料的所述颗粒在再循环期间吸收所述激光束的光子，并且加热以引起所述颗粒中的一些颗粒的初始点火，所述初始点火引起位于所述点火管的所述入口周围的其他燃料颗粒的后续吸收、加热和点火。
19.根据权利要求18所述的方法(400)，其中所述在多个级中加热和点燃通过所述点火管(130)运送的所述燃料包括：
在所述点火管的第一级中接收再循环之后的所述燃料颗粒；
在所述点火管的所述第一级中由所述激光束进一步照射所述燃料颗粒，所述进一步照射引起燃烧和火焰产生；
在所述点火管的第二级中接收经历燃烧和火焰产生的所述燃料颗粒；以及
由所述激光束在所述点火管的所述第二级中额外照射经历燃烧和火焰产生的所述燃料颗粒，所述额外照射引起进一步火焰生长和传播。
20.根据权利要求16所述的方法(400)，还包括将所述燃料输送管(100)中的所述燃料与空气的所述混合物的所述流的速度减小到预定最小允许速度，其中所述燃料与空气的所述混合物的所述流的所述速度的所述减小使所述混合物由所述激光束照射的时间量最大化。
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