ما هو القطر الأمثل لكرات الكتلة الحيوية للمراجل الصناعية؟

لتوليد البخار الصناعي، تُعتبر أبعاد الكريات الحيوية بقطر 6 مم و8 مم هي المعيار المقبول، مع تفضيل 6 مم لأنظمة التغذية المجاورة، والبراميل المتحركة، وأنظمة التغذية السفلية تحت 10 ميغاواط، في حين تُستخدم أبعاد 8–10 مم في وحدات الشباك المتحركة الأكبر. إن اختيار القطر هو قرار يتماشى مع توافقية نظام الغلاية بقدر ما هو قرار يتعلق بجودة الوقود.

---

كيف يتحكم قطر الكريات في حركية الاحتراق

يتحكم قطر الكريات في متغيرين للاحتراق في الوقت نفسه: معدل خروج المواد المتطايرة ووقت احتراق الفحم.

تحتوي كريات قطرها 6 مم على نسبة مساحة سطح إلى حجم أعلى بنحو 33% من كريات 8 مم بنفس الكثافة. تحت ظروف الفرن (700–900 °م للكريات الحيوية)، يؤدي ذلك إلى إزالة المواد المتطايرة بشكل أسرع، وإقامة لهب أقصر، واحتراق أكثر اكتمالاً قبل نقطة تفريغ الشباك.

أكدت اختبارات جودة الاحتراق التي أجراها DBFZ (2023) على الغلايات المجاورة أن تقليل قطر الكريات من 10 مم إلى 6 مم يقلل من الكربون غير المحترق في الرماد السفلي من تقريبا 4.5% إلى 1.8% عند نفس الحمل الحراري — وهو مكسب فعلي قابل للقياس له تأثير مباشر على تكلفة التخلص من الرماد وتقديرات كفاءة الغلاية.

التجارة الموازية: تتولد الكريات الأصغر مزيداً من الشظايا أثناء النقل الميكانيكي. إن الشظايا الأقل من 3.15 مم، كما هو مُعرَّف في ISO 17225-2، تزيد من خطر انفجار الغبار ويمكن أن تسبب انسداداً في أنظمة التغذية في الصناديق ذات التصميم السيئ. يجب أن تشمل أي مواصفات شراء لكريات بقطر 6 مم حدًا لمحتوى الشظايا قدره ≤1.0% بالكتلة، بما يتماشى مع فئة ISO 17225-2 A1 الصناعية.

---

ماذا تحدد ISO 17225-2 فعليًا - وما لا تحدده

تُعتبر ISO 17225-2 (الكريات الخشبية الصناعية) هي الوثيقة المعيارية الأكثر شيوعًا في عقود وقود الغلايات عبر أوروبا واليابان، وازدياداً في جنوب شرق آسيا.

فئة ISO 17225-2	القطر الاسمي	الطول الأقصى	الرطوبة	الرماد	القيمة الحرارية الصافية (عند الاستلام)
الفئة I (A1/A2)	6 مم أو 8 مم	≤40 مم	≤15%	≤2% / ≤3.5%	≥16.5 جيجا جول/طن
الفئة II (B)	6–10 مم	≤40 مم	≤15%	≤5%	≥16.0 جيجا جول/طن
الفئة III (C)	6–12 مم	≤45 مم	≤18%	≤10%	≥14.9 جيجا جول/طن

المصدر: ISO 17225-2:2021، الجدول 1

التداعيات الهامة للمشتريات: لا تُلزم ISO 17225-2 بقطر واحد. إنها تحدد المدى المقبول. يتم اتخاذ خيار القطر الملزم في وثيقة مواصفات وقود الشركة المصنعة للغلاية - وليس في معيار الكريات نفسه. يجب على فرق المشتريات استخراج مواصفات الوقود من دليل تشغيل الغلاية قبل إصدار أي طلب عرض لتوريد الكريات.

أفاد تقرير IEA Bioenergy Task 32 (2024) أن أكثر من 90% من عقود الفئة I وفقًا لـ ISO 17225-2 المتداولة عالميًا تحدد قطرًا اسميًا 6 مم أو 8 مم، مما يؤكد أن نافذة 6–8 مم هي المعيار الفعلي في السوق.

تتوافق كريات Kingwood الحيوية المنتجة على خطوطنا مع جميع معايير ISO 17225-2: محتوى رطوبة أقل من 15%، وكبريت أقل من 0.3%، ورماد أقل من 18%، وقيمة حرارية ≥4,800 كيلو كالوري/كجم (≈20.1 جيجا جول/طن في الظروف القياسية).

---

مطابقة القطر لهيكل نظام تغذية الغلاية

لا يعد قطر الكريات مجرد معلمة جودة وقود مجردة - إنه مواصفة واجهة ميكانيكية لنظام التغذية. تحتوي ثلاثة هياكل تغذية على نوافذ أقطار مميزة:

المغذيات السفلية (0.5–5 ميغاواط): تغذي بشكل مباشر في منطقة الاحتراق. يجب أن يكون قطر الكريات أقل من قطر جذر المسمار مقسومًا على 1.5. بالنسبة للمسامير القياسية بحجم 150 مم، يحدد هذا القطر العملي للكريات إلى ≤8 مم. يحدد معظم الشركات المصنعة للمغذيات السفلية 6 مم كخيار افتراضي.

أنظمة الشباك المتحركة (5–100 ميغاواط): تُودع الكريات على الشباك بواسطة قنوات الجاذبية أو المغذيات المتنقلة. يمكن لمسافات قضبان الشباك (تقريبًا 10–15 مم للكريات الحيوية) قبول كريات بقطر 6–10 مم دون انقطاع. ومع ذلك، يتم معايرة مسافة رمي المغذيات المتنقلة إلى كتلة الكريات - فإن كريات 8 مم عند كثافة الحجم القياسية (~650 كجم/م³) تُعتبر مرجع التصميم لمعظم الشركات المصنعة للغلايات في أوروبا.

المحارق من نوع السرير المميع (>20 ميغاواط): تتطلب الديناميكا المائية للسرير أن تتفكك الكريات في ثوانٍ من حقنها. يساعد القطر الأصغر (6 مم) في التفكك السريع. يقوم بعض المشغلين بسحق الكريات مسبقاً إلى أقل من 6 مم قبل حقن السرير، مما يثير تساؤلًا عما إذا كانت عملية الكريات إلى 6 مم في المقام الأول ستقلل من تكاليف التعامل اللاحقة.

بالنسبة لمهندسي المصنعين الذين يحددون المعدات لمشروع جديد: ابدأ من ورقة مواصفات وقود الغلاية، استخرج القطر المطلوب، ثم حدد الأدوات التي تتناسب مع القطر. تغيير قطر ثقب القالب بعد التركيب هو استبدال للأدوات، وليس إنفاقًا رأسماليًا.

---

كيف يحدد اختيار القالب الحلقي في مطحنة الكريات القطر

في مطحنة كريات القالب الحلقي، يتم تحديد القطر بالكامل من خلال القطر المحفور في القالب. يُعتبر القالب الحلقي مكونًا من الدرجة القابلة للاستهلاك يُستبدل بانتظام (عادةً كل 800–2,000 ساعة تشغيل حسب خشونة مادة الإدخال).

تشمل مطاحن الكريات الرأسية من Kingwood — بما في ذلك JWZL-928 (4–5 طن/ساعة) وJWZL-688D (3–3.5 طن/ساعة) — مصممة بقوالب حلقية من فولاذ الأدوات يمكن طلبها بأي قطر ثقب قياسي من 6 مم إلى 12 مم. لا تتغير إطار الآلة، وتركيبة الأسطوانة، ونظام الدفع بين مواصفات القطر.

ملاحظات عملية للمشتريات:

• نسبة الضغط (طول ثقب القالب ÷ قطر الثقب) يجب أن تتوافق مع مادة الإدخال. تتطلب الأخشاب الصلبة عادةً نسب L/D من 5–7؛ بينما تتطلب بقايا الزراعة 4–5. إن طلب نسبة الضغط الخاطئة يكلف أكثر من طلب القطر الخاطئ — حيث يتسبب في كريات لينة أو انسداد القوالب.
• تحمل قطر ثقب القالب وفقًا لمعايير ISO هو ±0.1 مم. حدد ذلك في طلب شراء الأدوات، وليس فقط القطر الاسمي.
• بالنسبة للعمليات التي تنتج وقودًا لعدة أنواع من الغلايات، فإن تخزين مجموعتين من القوالب (6 مم و8 مم) هو ممارسة شائعة. تستغرق عملية تغيير القالب في مطحنة JWZL من Kingwood فترة من 4 إلى 6 ساعات مع طاقم مكون من شخصين.

تظهر خط إنتاج كريات الخشب في فيتنام لطاقته 12 طن/ساعة استراتيجية إنتاج قطري مزدوج: يكون الناتج بقطر 6 مم للغلايات الصناعية المحلية، و8 مم لعقود التصدير وفقًا لفئة ISO 17225-2 Class I — كليهما من نفس منصة مطحنة الكريات من خلال الحفاظ على مجموعتين من القوالب في الدوران.

---

القطر، والكثافة الحجمية، وحجم نظام التخزين

يؤثر قطر الكريات بشكل مباشر على الكثافة الحجمية، التي تتحكم في حجم الصومعات، وتصنيفات سعة الناقل، واستخدام حاويات الشحن.

قيم مرجعية للكثافة الحجمية النموذجية:

القطر	الكثافة الحجمية (كجم/م³)	الملاحظات
6 مم	620–680	تعبئة ضيقة، كتلة أعلى لكل حجم صومعة
8 مم	600–650	أكثر القيم المرجعية الصناعية شيوعًا
10 مم	580–630	كثافة تعبئة أقل، جزء فراغ أكبر

نطاق صناعي نموذجي؛ تختلف قيم المشغلين ±5% حسب الرطوبة والأنواع.

بالنسبة لصومعة بسعة 10,000 طن، فإن الفرق بين المنتج بقطر 6 مم و10 مم هو تقريبًا 80–160 طن من السعة التخزينية الإضافية — مادة بكميات كبيرة للمصانع التي تعمل تحت نوافذ جرد ضيقة.

يجب على مهندسي معالجة الوقود التحقق من أن تصنيفات تدفق الناقل (المعبر عنها بمتر مكعب/ساعة) تُعاد حسابها بالطن/ساعة باستخدام الكثافة الحجمية الفعلية للقطر المحدد، وليس افتراضًا عامًا للكريات الحيوية.

---

المصادر

1. ISO 17225-2:2021 — الوقود الصلب — مواصفات الوقود والفئات — الجزء 2: الكريات الخشبية المصنفة. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.
2. IEA Bioenergy Task 32 — أسواق الكريات الصناعية وسلاسل التوريد (2024). الوكالة الدولية للطاقة الحيوية.
3. DBFZ (مركز الأبحاث الألماني للكتلة الحيوية) — تقرير جودة الاحتراق للكتلة الحيوية: أداء الغلايات بالشباك مع اختلاف أبعاد الكريات (2023). المركز الألماني للأبحاث في الكتلة الحيوية.
4. مواصفات المنتجات الداخلية لشركة Kingwood — مطاحن كريات القالب الحلقي من سلسلة JWZL ومطحنة الكريات الأفقية JZWH-860. شركة Jiangsu Kingwood Industrial Co., Ltd. (رمز السهم: 871765، NEEQ).