أفران الفحم

أنواع أفران الفحم

فرن الفحم هو فرن أو فرن متخصص حيث يتم تحويل الخشب إلى فحم من خلال عملية تُعرف باسم التحلل الحراري، والتي تحدث في غياب الأكسجين. تشتهر أفران الفحم بقدرتها على توليد كمية كبيرة من الفحم مع تعظيم استخدام الخشب. هناك أنواع مختلفة من أفران الفحم، كلها تعمل على نفس المفهوم الأساسي لتسخين الخشب لإنتاج الفحم.

• فرن تصاعدي قمة من الطوب (TLD)

فرن الفحم TLD الكلاسيكي، وهو هيكل من الطوب ذو قمة مدببة، هو أحد أوسع منشآت إنتاج الفحم استخدامًا في جميع أنحاء العالم. في هذا النوع من الفرن، يتم تكديس الخشب في غرفة على شكل قبة، ويحدث الاشتعال من الأعلى بينما يدور الهواء من الأسفل إلى الأعلى، مما يعزز الاحتراق الفعال وإنتاج الفحم. لا تزال أفران TLD تستخدم على نطاق واسع لأنها سهلة البناء وتوفر كميات كبيرة من الفحم.

• فرن TLD معدّل

تُشبه أفران التصاعدي قمة معدّلة أفران الفحم TLD التقليدية في التصميم والتشغيل، لكنها تتميز بتحسينات تعزز الكفاءة وتقلل من الانبعاثات وتحسن العائد. على سبيل المثال، تُستخدم الرماد المُبرد من الدُفعة السابقة أحيانًا لختم قاع الدُفعة التالية. تساعد هذه الطريقة على عزل الفرن وتقليل تسرب الهواء. وهذا يخلق منتج فحم أكثر تجانسًا مع محتوى خشبي متبقي أقل. يمكن أن تحتوي أفران TLD المعدّلة أيضًا على أنظمة تحكم محسّنة لمراقبة أفضل وإدارة عملية التحلل الحراري.

• فرن فحم مستطيل من التراب

فرن الفحم المستطيل من التراب هو طريقة تقليدية لإنتاج الفحم تتضمن إنشاء تل ترابي على شكل مستطيل. ثم يُوضع الخشب داخل التل، ويحدث التحلل الحراري تحت غطاء من التربة. هذه الطريقة تتطلب جهدًا بدنيًا كبيرًا وتتطلب مراقبة دقيقة لعملية الاحتراق لتجنب الحرائق غير المنضبطة.

• مُستودع صناعي واسع النطاق

تُصمم أفران الفحم الحديثة ذات المُستودع لإنتاج الفحم على نطاق واسع. لها شكل أسطواني أو مستطيل مصنوع من الفولاذ أو الطوب. داخل المُستودع، يُوضع الخشب في وعاء مُحكم الغلق يُسمى المُستودع. ثم يُسخن المُستودع من الخارج، مما يؤدي إلى خضوع الخشب للتحلل الحراري وإنتاج الفحم. تتمثل إحدى مزايا أفران الفحم ذات المُستودع في أنها يمكن أن تستعيد مكثفات الدخان والقطران، والتي يمكن أن تكون قيّمة في الصناعات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أتمتة أفران المُستودع، مما يجعلها أكثر ملاءمة للإنتاج على نطاق واسع.

مواصفات وصيانة أفران الفحم

المواصفات

• القطر:

  قياس عبر قاعدة أو أعلى الفرن. عادة ما يكون بين 3 و 9 أمتار. سيؤثر القطر على كمية الأخشاب التي يمكن تكديسها داخل الفرن، وبالتالي، على كمية الفحم التي يمكن إنتاجها في دفعة واحدة.

• الارتفاع:

  يحدد هذا البعد الحجم الكلي للفرن. يمكن أن يصل ارتفاع بعض أفران الفحم إلى 4 أمتار وصولاً إلى 8 أمتار. قد تكون الأفران الأقصر أكثر ملاءمة لمعالجة كميات صغيرة من الأخشاب، بينما تستطيع الأفران الأطول التعامل مع أحجام أكبر.

• المواد:

  تُعد الفولاذ والطوب والخرسانة من مواد البناء النموذجية لفرن الفحم. إذا تم استخدام الطوب، يجب أن يكون الطوب مقاومًا للحرارة. استخدام الفولاذ أو الحديد المجلفن أو الألومنيوم يمكن أن يجعل الفرن يدوم لفترة أطول لأن هذه المواد ليست عرضة للتعرّض للعوامل الجوية أو التحلل.

• الأشكال:

  تُقلل الأفران ذات الشكل القبة أو النفق من تقلبات درجة الحرارة وفقدان الرطوبة، وكلاهما قياسي في العديد من الثقافات. أفران مستطيلة أو صندوقية أسهل في البناء والاستخدام، مما يجعلها خيارًا شائعًا لصانعي الفحم أثناء التنقل.

• فتحات التهوية:

  تعتمد قدرة الفرن على التحكم في كمية الأكسجين المشاركة في عملية التحلل الحراري وإنتاج الحرارة والدخان على فتحات التهوية، التي تُعرف أيضًا باسم المنافذ. يمكن أن تكون فتحات التهوية دائرية أو مستطيلة أو بأشكال أخرى، حسب تصميم الفرن. حجمها وعددها كافٍ للسماح بتدفق سلس للهواء والحرارة والدخان داخل الفرن. سيكون الفحم المنتج عالي الجودة عندما يكون هناك قدر كافٍ من التهوية.

• نظام التكثيف:

  تتمثل مهمة نظام التكثيف في جمع وتصفية القطران والمواد الكيميائية العضوية الأخرى. يمكن أن تشكل هذه المواد، إذا تم إطلاقها، مخاطر بيئية وسلامة خطيرة. لذلك، يجب أن يعمل نظام التكثيف بكفاءة، مع القدرة على جمع ومعالجة هذه المكونات الضارة.

• تحكم درجة الحرارة:

  أ. المزدوجات الحرارية: المزدوجات الحرارية هي أجهزة استشعار لدرجة الحرارة يمكنها اكتشاف تغييرات درجة الحرارة في جميع أنحاء الفرن في مواقع متعددة. عادة ما يتم تثبيت ثلاثة إلى خمسة مزدوجات حرارية على مستويات ومناطق مختلفة داخل الفرن.

  ب. نظام التحكم: يتحمل نظام التحكم مسؤولية جمع وتحليل بيانات درجة الحرارة من المزدوجات الحرارية. يمكنه عرض ملف درجة الحرارة الحالي للفرن وتوفير وظائف تحكم تلقائي.

الصيانة

• تنظيف جسم الفرن:

  قم بتنظيف الجزء الداخلي والخارجي من فرن الفحم بانتظام لإزالة الرماد والغبار. يضمن ذلك تهوية مناسبة ونقل حرارة داخل الفرن، مما يحافظ على بيئة نظيفة.

• الحفاظ على مكونات الختم:

  افحص ونظف عناصر الختم، مثل ألواح الختم وشرائط الختم. تأكد من خلوها من تراكم الرماد والحطام لمنع تسرب الهواء، وبالتالي الحفاظ على الطاقة والحفاظ على إنتاج الفحم الفعال.

• صيانة فتحات التهوية والأنابيب:

  افحص فتحات التهوية والأنابيب في فرن الفحم بشكل دوري للتأكد من عدم انسدادها أو تسربها. قم بإزالة أي انسداد وإصلاح التسريبات لضمان تدفق الهواء السلس والاحتراق الصحيح داخل الفرن.

• صيانة المعدات بشكل منتظم:

  قم بصيانة وإصلاح المعدات المرتبطة بفرن الفحم، مثل المراوح والمنفاخات والمضخات. افحص توصيلات الكهرباء والمشابك وظروف العمل بشكل دوري لضمان الوظيفة الصحيحة والتشغيل المستقر للمعدات.

• صيانة شاملة دورية:

  قم بإجراء صيانة شاملة على فرن الفحم على فترات منتظمة، عادةً كل بضعة أشهر أو أكثر. يشمل ذلك تنظيف وإصلاح وتعديل مكونات الفرن وأنظمة الفرن. قم بإجراء فحص شامل لضمان عمل جميع الأجزاء بشكل صحيح وأنها في حالة جيدة.

سيناريوهات أفران الفحم

أفران الفحم تُستخدم بشكل شائع في مختلف الصناعات والتطبيقات في جميع أنحاء العالم، والتي يمكن تلخيصها على النحو التالي:

• المناطق الحرجية

  في المناطق الحرجية في جميع أنحاء العالم، يُعد إنتاج الفحم جزءًا لا يتجزأ من الاقتصاد المحلي. تعتمد العديد من المجتمعات الريفية على الفحم كمصدر أساسي للطاقة للطبخ والتدفئة. ليس من غير المألوف أن يكون لدى الأسر في هذه المناطق مطابخ خارجية مُنشأة للشواء على الفحم. تُعد أفران الفحم المحمولة شعبية لأنها سهلة النقل والإعداد بالقرب من المكان الذي تُحصل فيه الأخشاب.

• أفريقيا / أمريكا اللاتينية / آسيا

  نشاهد هذه الظاهرة في أفريقيا وأمريكا اللاتينية وبعض مناطق آسيا. في أفريقيا، على سبيل المثال، تُجبر أزمة الطاقة العديد من الأسر على اللجوء إلى الفحم للطبخ. ليس لدى العمال الريفيين في أفريقيا خيار سوى أن يصبحوا منتجي فحم، نظرًا لوجود فرص عمل قليلة. في بعض القرى، تُنتج كل عائلة تقريبًا الفحم. هذا يزيد من الطلب على أفران الفحم.

• صناعة البلاستيك

  يُعد الفحم مادة خام مهمة في العديد من الصناعات. تُعد صناعة البلاستيك واحدة من أهم الصناعات التي تتطلب الفحم. يُستخدم الفحم لصنع الكربون الأسود، وهو مُضاف بلاستيكي شائع. يُعدل الكربون الأسود خصائص البلاستيك. إنه يجعل البلاستيك أكثر متانة ومقاومة لأشعة الأشعة فوق البنفسجية الضارة من أشعة الشمس. يُعد الكربون الأسود أيضًا من البلاستيك موصل للكهرباء. هذا مهم لبعض المنتجات البلاستيكية. تحتاج صناعة البلاستيك إلى أنواع مختلفة من منتجات الكربون الأسود. بعضها يأتي من الفحم، بينما يأتي البعض الآخر من النفط.

• صناعة تصفية المياه

  يُستخدم الفحم أيضًا لإنشاء الكربون المنشط. تتضمن هذه العملية تسخين الفحم لدرجات حرارة عالية جدًا، حوالي 1000 درجة مئوية. عند درجات الحرارة المرتفعة، يطور الفحم مسامًا صغيرة تزيد من مساحة سطحه. تزيد مساحة السطح الأكبر من قدرته على امتصاص الملوثات والبكتيريا والمواد الكيميائية، مما ينقي المياه. بعد ذلك، يُستخدم الكربون المنشط في منشآت معالجة المياه لتصفية مياه الشرب. تعتمد العديد من منشآت معالجة المياه على الكربون المنشط لإنتاج مياه شرب نظيفة وآمنة للمجتمع.

• صناعات صهر المعادن وتكريرها

  يُعد الفحم مصدرًا مهمًا للطاقة في صناعات صهر المعادن وتكريرها. إنه يعمل كمصدر للطاقة وعامل مختزل لتكرير المعادن المختلفة. يُستخدم الفحم لصهر واستخراج الحديد والنحاس والزنك والمعادن الأخرى من خاماتها. من أجل الحصول على هذه المعادن من خاماتها، يجب أن تحدث تفاعلات كيميائية. أحد أهم التفاعلات هو إزالة الأكسجين من الخام باستخدام الفحم كعامل مختزل. تُنتج هذه العملية معادن نقية جاهزة للمعالجة الإضافية والاستخدام.

• تصنيع المواد الكيميائية

  يُعد الفحم مادة مهمة في إنتاج المواد الكيميائية. يُستخدم لصنع العديد من المواد الكيميائية الشائعة، مثل الميثانول وحمض الخليك والمركبات العضوية الأخرى. هذه المواد الكيميائية هي اللبنات الأساسية للعديد من المنتجات المختلفة. على سبيل المثال، يُستخدم الميثانول لإنتاج الفورمالديهايد، الذي يُستخدم لصنع البلاستيك والراتنجات. تُعد المواد الكيميائية الأخرى المُنتجة من الفحم هي المذيبات والكحوليات. تُستخدم هذه المواد الكيميائية لصنع الدهانات والطلاءات والمواد اللاصقة.

كيفية اختيار أفران الفحم

يجب على مشتري أفران الفحم للبيع مراعاة مجموعة متنوعة من العوامل. يجب عليهم التفكير في كيفية صنع الفرن، ومواد المدخلات، ونوع كربنة الخشب أو الفحم، وكفاءة الطاقة، وأي ميزات أتمتة. من المرجح أن تحدد هذه الخصائص نوع فرن الفحم التجاري أو كربنة الخشب المثالي لاحتياجاتهم.

يرتبط تصميم فرن الفحم بكفاءته وجودة الفحم المُنتج. يفضل العملاء عادةً أفران المُستودع أو الأفران التقليدية. تشمل هذه كلاً من الطرق غير المباشرة والمباشرة لإنتاج الفحم. بينما قد تُنتج الطريقة المباشرة فحمًا عالي الجودة، فإنها تؤدي أيضًا إلى إنتاج قطران عالي. يمكن أن يُنتج فرن الفحم غير المباشر القليل من القطران، إن لم يكن أي قطران، ولكنه قد يستغرق وقتًا أطول لإنتاج الفحم.

قد تحدد مادة المدخلات التي سيتم استخدامها لإنتاج الفحم أيضًا نوع فرن الفحم المُختار. يختار العديد من العملاء أفران الفحم الرأسية لأنها لا تتطلب الكثير من الأخشاب لإنتاج الفحم.

قد يدفع نوع الفحم المُنتج المشترين إلى اختيار أنواع محددة من أفران الفحم. يفضل بعض العملاء إنتاج الفحم الحيوي للزراعة، بينما يرغب البعض الآخر في إنتاج فحم للوقود أو للاستخدام الصناعي. تستخدم معظم أفران الفحم الحيوية مواد مدخلات متشابهة. جميعها تُنتج الفحم الحيوي وحمض الخشب والغاز القابل للاشتعال كمنتجات ثانوية. يمكن جمع الغاز القابل للاشتعال وحمض الخشب واستخدامهما كوقود لعمليات أخرى.

عادةً ما تكون أفران الفحم الأكثر كفاءة أعلى تكلفة. يجب على العملاء مراعاة ميزانيتهم ​​قبل اتخاذ قرار بشأن فرن الفحم. أيضًا، قد يختار أولئك الذين يرغبون في إنتاج كمية كبيرة من الفحم يوميًا أو سنويًا أفران فحم أكثر تكلفة ولكنها عالية الكفاءة.

تُعد كفاءة الطاقة ميزة مهمة أخرى لأفران الفحم. تستخدم العديد من الأفران الحديثة طاقة أقل لإنتاج الفحم. قد يختار العملاء المهتمون بالطاقة المتجددة فرن فحم موفر للطاقة. يُنتج فرن الفحم هذا نفايات أقل ويستخدم الطاقة الشمسية أو الرياح أو الطاقة الكهرومائية أو طاقة الكتلة الحيوية.

تتمتع بعض أفران الفحم بميزات أتمتة خاصة تسمح للمشغلين بالتحكم في درجة الحرارة والضغط دون مساعدة يدوية. تُحسّن ميزات الأتمتة هذه اتساق المنتج وتُقلل من تكاليف العمالة.

أسئلة وأجوبة حول أفران الفحم

س1: كم عدد أنواع أفران الفحم؟

ج1: هناك أنواع كثيرة من أفران الفحم، لكن يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع رئيسية: تقليدية وحديثة وصناعية. فرن الفحم التقليدي هو فرن فحم مفتوح الهواء بالكامل. تُعد أفران الفحم الحديثة هي فرن الفحم الرأسي وفرن الفحم الأفقي. فرن الفحم الصناعي، مثل فرن الفحم التصاعدي قمة، أكثر كفاءة ومناسب للاستخدام الصناعي.

س2: كيف يعمل فرن الفحم؟

ج2: بغض النظر عن أنواع أفران الفحم، فإن مبدأ العمل مشابه. يضع الناس الخشب بطريقة معينة. بعد ذلك، يتحكم فرن الفحم في بعض العوامل مثل درجة الحرارة ومستويات الأكسجين، ثم يبدأ الخشب في التحول إلى فحم. بعد أسبوع أو أسبوعين، عندما تصبح كل شيء مستقرًا، تنتهي عملية الكربنة. يخرج الناس الفحم من فرن الفحم.

س3: ما هي استخدامات أفران الفحم؟

ج3: تُستخدم أفران الفحم بشكل أساسي لإنتاج الفحم. ومع ذلك، قد يكون للفحم الذي تُنتجه استخدامات مختلفة. تُنتج بعض أفران الفحم الخل الخشبي والقطران والغاز التي تكون أيضًا مفيدة في مختلف الصناعات.

س4: ما هي أفران الفحم ذات التسخين المباشر وغير المباشر؟

ج4: يعني فرن الفحم ذات التسخين المباشر أن مصدر الحرارة المستخدم للكربنة يكون داخل الفرن أو بالقرب منه. أفران الفحم التقليدية هي أفران ذات تسخين مباشر. تُعد العديد من أفران الفحم الحديثة أيضًا ذات تسخين مباشر. يعني فرن الفحم ذات التسخين غير المباشر أن مصدر الحرارة يكون مُنفصلًا عن غرفة الكربنة. تُعد بعض عمليات التسخين غير المباشرة الصناعية أكثر كفاءة من التسخين المباشر.