يمثل تحويل تربة البن المستهلكة (SCG) إلى وقود حيوي ممتاز إحدى أكثر دورات استعادة الطاقة كفاءة في قطاع الكتلة الحيوية اليوم. إن ماكينة كريات وقود كريات القهوة الأوتوماتيكية (نطاق 55 كيلوواط - 132 كيلوواط) توفر النسبة المثلى لعزم الدوران إلى الإنتاجية للمعالجة التجارية. بالنسبة للتطبيقات الصناعية التي تستهدف مخرجات تتراوح بين 800 كجم و1000 كجم في الساعة، يوفر تكوين القالب الحلقي المدعوم بإطار هيكلي من الفولاذ الكربوني Q235 الصلابة والتخميد الاهتزازي اللازمين، في حين أن المحتوى الزيتي الفريد من نوعه في القهوة (10-15%) يفرض نسبة ضغط القالب المتخصصة من 1:4.5 إلى 1:5.5 لمنع انزلاق الأسطوانة. يتيح هذا النظام لمشغلي المنشآت تحويل النفايات ذات التكاليف العالية للتخلص منها إلى كريات وقود تتجاوز 4,800 كيلو كالوري/كجم، متجاوزة بذلك الكريات الخشبية القياسية في الكفاءة الحرارية.

1. العلم المادي لأرضيات القهوة المستهلكة (SCG)

لهندسة آلة قادرة على معالجة القهوة، يجب أولاً فهم المادة الأولية. فعلى عكس الخشب أو القش، تعمل القهوة المطحونة كمادة بلاستيكية زائفة تحت ضغط عالٍ بسبب تركيبها الكيميائي.

عامل الزيت وميكانيكا الربط

يعتمد الخشب القياسي على تلدين اللجنين عند 80 درجة مئوية تقريبًا لربط الحبيبات. أما القهوة المطحونة فهي مختلفة. فهي تحتوي على زيوت متبقية (دهون) تتراوح من 10% إلى 17% بالوزن.

• الفائدة: يعمل هذا الزيت كمادة رابطة طبيعية ومسرّع احتراق، مما يعطي كريات القهوة قيمة حرارية أعلى من الصنوبر أو التنوب.

• التحدي: يعمل الزيت الزائد كمادة تشحيم بين الأسطوانة والقالب. إذا انخفض معامل الاحتكاك إلى أدنى من اللازم، فإن البكرات “تتزحلق مائيًا” فوق المادة، مما يؤدي إلى توقف الإنتاج.

• الحل: يشتمل تصميم ماكينتنا على نظام تغذية بالقوة ويحدد نسيجًا داخليًا أكثر خشونة لأغلفة الأسطوانة للحفاظ على قوة الجر ضد المادة الأولية الزيتية.

مقاومة الحموضة والتآكل

تتراوح قيمة الأس الهيدروجيني للقهوة الخام بين 4.5 و5.5، مما يجعلها حمضية بشكل معتدل. في حين أن هيكل الماكينة مصنوع من الفولاذ الهيكلي القوي Q235، يجب أن تستخدم المكونات التي تلامس الكتلة الحيوية مباشرةً - وتحديدًا حجرة التكوير والقالب والبكرات - معادن عالية الجودة. نوصي باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ (4Cr13) أو قوالب من سبائك الكروم العالية لمقاومة التنقر الكيميائي على مدار دورات التشغيل الممتدة.

2. الهندسة الإنشائية: دور فولاذ Q235

تسرد مواصفات المنتج Q235 كمادة أساسية. وبصفتي خبيراً في المعادن، يجب أن أوضح أين يُستخدم هذا الفولاذ ولماذا هو الخيار الأفضل لهيكل الماكينة ومبيت الماكينة.

تخميد الاهتزازات والصلابة

Q235 عبارة عن فولاذ هيكلي كربوني بقوة خضوع تبلغ 235 ميجا باسكال. في ماكينة تعمل بمحرك بقوة 132 كيلو وات، فإن الاهتزاز هو عدو طول العمر.

• لحام الحديد الزهر مقابل لحام Q235: بينما تستخدم ماكينات التفريز القديمة الحديد المصبوب، تستخدم وحدات Lansonmachines الحديثة هيكل صفيحة ملحومة Q235. يسمح ذلك باستخدام مقاطع جدارية أكثر سمكًا في نقاط الضغط العالي (مثل حامل علبة التروس) دون الهشاشة المرتبطة بالصب.

• الاستقرار التوافقي: تسمح كثافة وليونة Q235 للإطار بامتصاص الاهتزازات عالية التردد الناتجة عن عملية التكوير، مما يحمي محامل العمود الرئيسي وحوامل المحرك من التشققات الناتجة عن التعب.

الاستقرار الحراري

يولد التكوير حرارة. وغالبًا ما تصل درجة حرارة الحجرة إلى 90 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية. يحافظ الفولاذ Q235 على ثبات أبعاده ضمن هذا النطاق، مما يضمن أن تظل المحاذاة بين المحرك وعلبة التروس دقيقة، مما يمنع تعطل الوصلة.

3. ديناميات الطاقة: تكوين من 55 كيلوواط إلى 132 كيلوواط

لا يقتصر الانتقال من 55 كيلوواط إلى 132 كيلوواط على زيادة حجم المحرك فحسب، بل إنه يغير خصائص عزم الدوران والإنتاجية المحتملة.

متطلبات عزم الدوران للكتلة الحيوية الزيتية

تتطلب معالجة القهوة المطحونة قوة “تكسير” أقل من الأخشاب الصلبة (مثل البلوط) ولكن تتطلب سرعة “بثق” أكبر لمنع ارتفاع درجة حرارة الزيت.

• موديلات 55 كيلوواط - 75 كيلوواط: مثالية لتفل القهوة الجافة الممزوجة بنشارة الخشب (مزيج 50/50). الطاقة المنخفضة كافية لأن نشارة الخشب تقلل من الكثافة.

• موديلات 90 كيلوواط - 110 كيلوواط: معيار 100% للقهوة النقية 100%. هناك حاجة إلى عزم دوران أعلى لدفع المادة الكثيفة والرطبة عبر القالب قبل أن تؤدي الحرارة إلى تحلل الزيوت.

• طراز 132 كيلوواط: مصمم للخطوط عالية السعة (1 طن/ساعة فأكثر). يوفر هذا الحجم من المحرك “عزم الدوران اللازم لإعادة تشغيل الماكينة في حالة انحشارها، وهو أمر شائع عند تعلم موازنة مستويات الرطوبة في القهوة.

الكفاءة والنقل

في Lansonmachines، نستخدم محرك مزدوج الحزام على شكل حرف V أو علبة تروس حلزونية مقترنة مباشرةً لتصنيفات الطاقة هذه. يُفضَّل خيار علبة التروس لوحدة 132 كيلو وات لأنها توفر كفاءة 98% في نقل الطاقة، مما يقلل من فقدان الطاقة.

4. عملية التحبيب: من أرض رطبة إلى وقود

إن آلة كريات وقود كريات القهوة الأوتوماتيكية هو قلب نظام أكبر. لا يمكنك تفريغ البقايا الرطبة من المقهى مباشرة في القادوس.

توازن الرطوبة

يحتوي SCG الطازج على 60-70% رطوبة 60-70%. ومن المستحيل ميكانيكيًا تكويرها. يعمل الماء كسائل غير قابل للانضغاط، مما يسد فتحات القالب.

• الهدف الرطوبة من 12% إلى 14%.

• التجفيف: المجفف الأسطواني الدوار إلزامي قبل طاحونة الكريات.

• التكييف: قبل طاحونة الحبيبات مباشرة، يمكن لمكيف البخار (اختياري ولكن يوصى به) تسخين سطح الحبيبات. وهذا يجلب الزيوت الطبيعية إلى السطح مباشرة قبل الضغط، مما يحسن من متانة الحبيبات.

التبريد والتصلب

تخرج كريات القهوة من الماكينة طرية وساخنة (90 درجة مئوية). وبسبب محتوى الزيت، فإنها تظل طرية لفترة أطول من كريات الخشب. يعد المبرد ذو التدفق المعاكس ضروريًا لخفض درجة الحرارة إلى المستويات المحيطة في غضون 10 دقائق. بدون ذلك، سوف تتفتت الكريات تحت ثقلها في كيس التخزين.

5. تكنولوجيا القوالب: نسبة الضغط (CR) للقهوة

نسبة الضغط ($L/D$) هي المعلمة التقنية الأكثر أهمية. ويتم تعريفه على أنه طول العمل الفعال لثقب القالب مقسومًا على قطر الثقب.

نوع الكتلة الحيوية	السجل التجاري الموصى به	السبب
صنوبر/خشب الصنوبر/خشب الصنوبر	1:5.0 – 1:6.0	يحتاج إلى احتكاك عالٍ للربط.
خشب البلوط/خشب الصندل	1:4.0 – 1:5.0	كثيفة طبيعياً، تحتاج إلى ضغط أقل.
تربة القهوة (نقي)	1:4.5 – 1:5.5	يقلل الزيت من الاحتكاك؛ ويحتاج إلى طول للحفاظ على الشكل.
خليط القهوة + نشارة الخشب	1:5.0 – 1:5.5	نشارة الخشب تمتص الزيت، مما يتطلب مواصفات الخشب القياسية.

رؤى الخبراء: إذا كنت تستخدم قالب خشب قياسي (CR 1:6) للقهوة، فسيكون الاحتكاك عاليًا جدًا، وسيحترق الزيت، مما يؤدي إلى تكوين كريات سوداء هشة. إذا كان معدل الاحتكاك منخفضًا جدًا (1:3)، فستكون الكريات “طرية” وستتحول إلى مسحوق أثناء النقل.

6. استراتيجيات المزج: تحسين جودة الحبيبات

في حين أن كريات القهوة 100% ممكنة، إلا أن الخلط غالبًا ما يكون استراتيجية تجارية متفوقة.

تآزر نشارة الخشب

تؤدي إضافة 20% إلى 40% نشارة الخشب (الصنوبر أو التنوب) إلى تفلح في حل ثلاث مشاكل:

1. امتصاص الزيت: تمتص الألياف الخشبية الجافة زيت القهوة الزائد، مما يحسّن من قوة الجر في القالب.

2. درجة حرارة انصهار الرماد: يحتوي رماد القهوة على نقطة انصهار أقل، مما قد يتسبب في حدوث كلنكر (خبث يشبه الزجاج) في الغلايات. يرفع رماد الخشب درجة الانصهار، مما يحمي غلاية العميل.

3. التحكم في الرائحة: كريات القهوة النقية ذات الرائحة القوية عند الاحتراق. يخفف الخشب من الرائحة إلى مستوى لطيف.

الفحص والتنظيف

وغالبًا ما تحتوي القهوة المطحونة على ملوثات مثل أدوات التقليب البلاستيكية أو المرشحات الورقية أو حتى الحبيبات المعدنية. يجب أن يشتمل النظام الأوتوماتيكي على مصفاة اهتزازية وفاصل مغناطيسي قبل طاحونة الكريات. سيؤدي دخول مسمار معدني واحد إلى الحجرة بسرعة 1000 كجم/ساعة إلى تدمير القالب على الفور.

7. التحليل الاقتصادي: العائد الاستثماري لتكوير البن

إن فهم الاقتصاديات يؤكد صحة الاستثمار في ماكينة بقدرة 55-132 كيلوواط.

تكاليف المدخلات مقابل قيمة المخرجات

• المواد الخام: عادةً ما تكون التكلفة سلبية. وغالباً ما تدفع المصانع أو سلاسل القهوة مقابل إزالة البقايا.

• تكلفة المعالجة: يبلغ متوسط الكهرباء + العمالة + قطع الغيار البالية عمومًا $35 - $45 دولارًا أمريكيًا للطن الواحد.

• القيمة السوقية: تباع كريات البن بسعر 1 تيرا بايت 180 - 1 تيرا بايت 450 دولارًا أمريكيًا للطن الواحد حسب المنطقة وأسعار الطاقة.

مقارنة السعرات الحرارية

كريات القهوة هي طاقة كثيفة الطاقة.

• كريات الخشب: ~حوالي 4,200 - 4,500 سعرة حرارية/كجم.

• كريات القهوة: ~حوالي 4,800 - 5,100 سعرة حرارية/كجم.

• الفحم: حوالي 5,500 سعرة حرارية/كجم.

  تعتبر كريات القهوة أقرب بكثير إلى الفحم في ناتج الحرارة من الخشب، مما يجعلها منتجًا ممتازًا للغلايات الصناعية.

8. صيانة تشغيل الوحدات ذات السعة العالية

يضع التشغيل بسرعة 800 كجم - 1000 كجم/ساعة ضغطًا كبيرًا على المكونات. يجب أن تكون بروتوكولات الصيانة صارمة.

تشحيم العمود الرئيسي

تتحمل محامل العمود الرئيسي الحمل الكامل للضغط. نستخدم شحم الليثيوم المركب عالي الحرارة.

• التشحيم التلقائي: بالنسبة لموديلات 90 كيلوواط فأكثر، نقوم بتركيب مضخة تشحيم تلقائية. يقوم هذا بحقن كمية دقيقة من الشحوم كل 30 دقيقة أثناء تشغيل الماكينة. غالبًا ما يتم نسيان التشحيم اليدوي، مما يؤدي إلى نوبة كارثية في المحمل.

صيانة الموت (خدعة “الغليان”)

نظرًا لأن زيوت القهوة لزجة، فيمكنها أن تتسبب في تلف فتحات القالب إذا توقفت الماكينة عن العمل وهي باردة.

• البروتوكول: قبل الإغلاق، قم بتغذية مزيج من الزيت والرمل.

• التنظيف: في حالة انسداد القالب بالقهوة المتصلبة، لا تقم بحفره (فهذا يضر بالطبقة النهائية). قم بغلي القالب في خليط من الماء والصودا الكاوية لإذابة الزيوت، ثم استخدم غسالة عالية الضغط.

9. استكشاف مشاكل الإنتاج الشائعة وإصلاحها

حتى مع وجود أفضل الآلات، سيواجه المشغلون تحديات. إليك كيفية تفسير سلوك الماكينة.

الأميتر “المتزايد”

إذا كان مقياس أمبير المحرك يتأرجح بشكل كبير (على سبيل المثال، من 80 أمبير إلى 140 أمبير)، فهذا يعني أن التغذية غير متناسقة أو أن المادة تنزلق.

• إصلاح: افحص محتوى الرطوبة. إذا كانت رطبة للغاية (>15%)، فإن البكرات تنزلق. إذا كان جافًا جدًا (<10%)، فإن المواد تعبأ بصلابة شديدة. اضبط سرعة وحدة التغذية.

الشقوق الأفقية في الكريات

• السبب: سكين القاطع غير حاد أو أن المادة تحتوي على الكثير من الألياف “الزنبركية”.”

• إصلاح: اشحذ السكين. في حالة استخدام مزيج من القهوة/الخشب، قم بزيادة تكييف البخار لتنعيم ألياف الخشب.

الشقوق العمودية

• السبب: لا توجد رطوبة كافية. تتمدد الحبيبات بعد خروجها من القالب.

• إصلاح: أضف 1-2% بخار الماء أو رذاذ الماء في المكيف.

10. المزايا التكنولوجية لشركة لانسون ماشينز

تم ضبط ماكيناتنا خصيصًا لسوق الكتلة الحيوية، وهي تختلف عن مطاحن الأعلاف العامة.

سرعة القالب الحلقي الأمثل

تعمل طواحين التغذية القياسية بسرعات خطية عالية (8-10 م/ثانية). وهذا سريع للغاية بالنسبة للقهوة؛ حيث تعمل قوة الطرد المركزي على فصل الزيت عن المواد الصلبة. تقلل Lansonmachines من نسبة التروس لتحقيق سرعة خطية للقالب تتراوح بين 5-6 م/ثانية. وهذا يسمح بمزيد من وقت المكوث في منطقة الضغط، مما يؤدي إلى الحصول على كريات أكثر كثافة وصلابة.

أغلفة الأسطوانة المقواة

نحن نستخدم نمط الأخدود “المموج المفتوح النهاية” المتخصص على أغلفة بكراتنا. يعمل هذا الملمس القوي على قضم القهوة المطحونة الزلقة، مما يدفعها عبر القالب حيث تفشل البكرات الملساء.

الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكنني تكوير القهوة المطحونة الرطبة مباشرةً من ماكينة التخمير؟

بالتأكيد لا. التربة الرطبة (رطوبة 60%) هي في الأساس حمأة. يجب عليك تجفيفها إلى رطوبة 12-14% باستخدام مجفف دوار أو مجفف تدفق الهواء قبل دخولها إلى ماكينة الحبيبات.

س2: هل رائحة كريات القهوة تشبه رائحة القهوة عند حرقها؟

نعم، تنبعث منها رائحة قهوة محمصة مميزة. وهذا أمر لطيف بشكل عام للاستخدام السكني ولكنه غير مناسب للغلايات الصناعية. الخلط مع نشارة الخشب يقلل من هذه الرائحة.

س3: لماذا يتراوح نطاق السعة 800-1000 كجم/ساعة متغير؟

تعتمد السعة على الكثافة السائبة. تكون القهوة النقية كثيفة، مما يؤدي إلى إنتاجية أعلى (أقرب إلى 1000 كجم/ساعة). أما إذا قمت بخلط نشارة خشب الصنوبر الخفيف، فإن الحجم يظل كما هو، ولكن الوزن ينخفض، مما ينتج عنه إنتاجية تقارب 800 كجم/ساعة.

س4: هل عامل الربط مطلوب؟

بشكل عام، لا. فالزيوت الطبيعية واللجنين الموجود في القهوة المطحونة يعملان كمواد رابطة ممتازة. ومع ذلك، إذا كانت التفل قديمًا وجافًا جدًا، يمكن أن تساعد إضافة 1-2% النشا أو الزيت النباتي (إذا كان الزيت الطبيعي قد تحلل).

س5: كم مرة يحتاج إطار Q235 إلى صيانة؟

هيكل Q235 هيكلي ولا يتطلب صيانة تذكر سوى الحفاظ على نظافته وفحص براغي الأساس للتأكد من إحكامها سنويًا. يجب التركيز على الأجزاء المتحركة (القالب، والبكرات، والمحامل).

س6: هل يمكن لهذه الآلة معالجة قشر القهوة (الجلد الفضي)؟

نعم، لكن القشر خفيف جداً. يجب خلطه مع القشور المطحونة. من الصعب معالجة قشر القش 100% لأنه من الصعب إدخاله في الحجرة. يعمل مزيج القشر المطحون 80% / 20% بشكل جيد.

س7: ما هو العمر الافتراضي للقالب عند معالجة القهوة؟

القهوة أقل كشطًا من لحاء الخشب المحمل بالرمل ولكنها حمضية كيميائيًا. يدوم قالب السبيكة القياسي 800 ساعة. ويمكن للقالب المقوى بالفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالتفريغ أن يدوم من 1200 إلى 1500 ساعة.

السؤال 8: لماذا ترتفع قوة المحرك إلى 132 كيلوواط؟

خيار 132 كيلو واط مخصص للمستخدمين الذين يرغبون في زيادة الكثافة إلى أقصى حد أو الذين يعالجون مزيجًا من القهوة والخشب الصلب جدًا (مثل خشب البلوط). يضمن عدم توقف الماكينة أبدًا، حتى في ظل ذروة الحمل.

س9: هل يمكنني استخدام هذه الماكينة للكتلة الحيوية الأخرى؟

نعم. في حين أن تصميم القالب الحلقي هذا مخصص للقهوة، إلا أنه يتعامل مع نشارة الخشب والقش والمخلفات الزراعية بفعالية. قد تحتاج فقط إلى تغيير القالب إلى آخر بنسبة ضغط مختلفة.

س10: كيف يمكنني تخزين كريات القهوة؟

نظرًا لأن كريات القهوة مسترطبة (تمتص الماء) وزيتية، يجب تخزينها في مكان جاف وبارد. من الأفضل حفظها في أكياس محكمة الغلق لمنعها من امتصاص الرطوبة والتفتت.

11. بروتوكولات السلامة: الحريق والغبار

تؤدي معالجة البن الجاف المطحون إلى مخاطر غبار كبيرة. غبار القهوة قابل للاحتراق.

استخراج الغبار

يشتمل تركيب Lansonmachines على مجمّع غبار حلزوني في المبرد وجهاز التعبئة. وهذا يحافظ على الهواء نقيًا ويستعيد الجسيمات الدقيقة، والتي يمكن إعادتها إلى مطحنة الحبيبات مما يقلل من النفايات إلى ما يقرب من الصفر.

اكتشاف الشرارة

نظرًا لأن القهوة المطحونة يمكن أن تشتعل، فإننا نوصي بتركيب حساسات كشف الشرر في مجاري الهواء. إذا تم الكشف عن شرارة (من قطعة حجر تصطدم بالقالب الفولاذي)، يقوم النظام تلقائيًا بإيقاف تدفق الهواء لمنع نشوب حريق في الصومعة.

12. مستقبل الكتلة الحيوية: ائتمانات الكربون و SCG

لا يقتصر استخدام وقود SCG على توفير المال فحسب؛ بل يتعلق الأمر أيضاً بتقليل البصمة الكربونية.

دورة الحلقة المغلقة

تمتص نباتات القهوة ثاني أكسيد الكربون. ويؤدي حرق الكريات إلى إطلاق نفس ثاني أكسيد الكربون. وعلى عكس الوقود الأحفوري، هذه دورة محايدة من حيث الكربون. يمكن للشركات التي تستخدم هذه الماكينة في كثير من الأحيان المطالبة باعتمادات الكربون أو شهادات الطاقة الخضراء، مما يضيف طبقة أخرى من القيمة للعملية.

استخدام الرماد

الرماد المتبقي بعد حرق كريات القهوة غني بالبوتاسيوم (K) والمعادن النادرة. وهو يعمل بمثابة تعديل ممتاز للتربة في الحدائق، ويكمل الدورة من الأرض إلى الوقود ثم إلى الأرض مرة أخرى.

التوصية النهائية للمشترين الصناعيين

الاستثمار في آلة كريات وقود كريات القهوة الأوتوماتيكية هي خطوة استراتيجية لشركات إدارة النفايات ومحامص القهوة على نطاق واسع. يكمن مفتاح النجاح في المواصفات الصحيحة لـ نسبة الضغط (1:5) وضمان قوة Q235 إطار عمل للتعامل مع عبء العمل الصناعي.

في Lansonmachines، نحن لا نبيع مجرد مطحنة كريات؛ بل نقوم بتصميم حل كامل لتحويل النفايات إلى طاقة. ومن خلال فهمنا للخصائص الزيتية والحمضية الفريدة للقهوة، فإننا نضمن تشغيل خط الإنتاج الخاص بك باستمرار، مما يزيد من أرباحك للطن الواحد.