مطحنة الفحم

مطحنة الفحم

تُعدّ مطحنة الفحم آلةً أساسيةً لسحق كتل الفحم وطحنها إلى فحم مسحوق. وباعتبارها معداتٍ مساعدةً حيويةً لمراجل الفحم المسحوق، فهي تُستخدم على نطاقٍ واسعٍ في العديد من الصناعات، بما في ذلك توليد الطاقة الحرارية، وصناعة الإسمنت، وإنتاج منتجات السيليكات. وهي قادرةٌ على إجراء عمليات الطحن الجاف أو الرطب لمختلف الخامات والمواد القابلة للطحن. وتتمثل عملية طحن الفحم أساسًا في تقليل حجم جزيئات الفحم وزيادة مساحة سطحها بشكلٍ مستمر، مما يتطلب طاقةً للتغلب على قوى التماسك بين الجزيئات الصلبة. ويتم تحقيق الطحن بشكلٍ رئيسي من خلال ثلاث طرق: الضغط، والصدم، والاحتكاك، حيث يُعدّ الضغط الأكثر كفاءةً في استهلاك الطاقة، بينما يُعدّ الاحتكاك الأقل كفاءةً. وتتضمن أنواعٌ مختلفةٌ من مطاحن الفحم عادةً طريقتين أو جميع هذه الطرق الثلاث، وذلك حسب التصميم المحدد.

تُصنّف مطاحن الفحم، بناءً على سرعة دوران مكونات الطحن، إلى ثلاث فئات: منخفضة السرعة، ومتوسطة السرعة، وعالية السرعة. ويُظهر كل نوع اختلافات كبيرة في الأداء، وسيناريوهات الاستخدام، والكفاءة الاقتصادية.

تعمل مطاحن الفحم منخفضة السرعة (مثل مطاحن الكرات والأنابيب) بسرعة دوران تتراوح بين 15 و25 دورة في الدقيقة. وتعتمد هذه المطاحن، التي تتميز بهيكل أسطواني رئيسي، على اصطدام واحتكاك الكرات الفولاذية داخل الأسطوانة الدوارة لطحن الفحم. وتتميز بقدرة فائقة على التكيف مع أنواع الفحم المختلفة، حيث يمكنها معالجة الفحم الأنثراسيت الصلب أو الفحم البيتوميني الرديء، كما تتمتع بموثوقية تشغيلية عالية. وتشكل هذه المطاحن أكثر من 60% من مطاحن الفحم في محطات الطاقة الحرارية المحلية، وتُستخدم بشكل أساسي في أنظمة الطحن في صوامع التخزين الوسيطة. ومع ذلك، تشمل عيوبها الوزن الثقيل، واستهلاك الطاقة العالي (ضعف أو ثلاثة أضعاف استهلاك المطاحن متوسطة السرعة)، والضوضاء المرتفعة، وتكاليف الصيانة الباهظة.

تعمل مطاحن الفحم متوسطة السرعة (مثل مطاحن الوعاء ومطاحن الأسطوانات) بسرعة دوران تتراوح بين 50 و300 دورة في الدقيقة. وتطحن الفحم عن طريق الضغط والاحتكاك بين عناصر الطحن. تتميز هذه المطاحن بصغر حجمها، واحتياجها لمساحة أرضية أقل، واستهلاكها للطاقة بنسبة تتراوح بين 50% و75% فقط من الطاقة التي تستهلكها المطاحن منخفضة السرعة. كما توفر تحكمًا سريع الاستجابة في التشغيل ومستوى عالٍ من الأتمتة، مما يجعلها مناسبة تمامًا للمراجل التي تعمل بالفحم ذات السعة الكبيرة وللفحم متوسط ​​الطحن. ومع ذلك، فإن تركيبها المعقد يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة، وهي غير مناسبة لطحن أنواع الفحم شديدة الصلابة.

تعمل مطاحن الفحم عالية السرعة (مثل مطاحن المراوح) بسرعة دوران تتراوح بين 500 و1500 دورة في الدقيقة. وتطحن الفحم بشكل أساسي من خلال الاصطدام والصدم عالي السرعة. وتتميز هذه المطاحن، التي تجمع بين وظيفتي التجفيف ونقل مسحوق الفحم، ببساطة تركيبها وانخفاض تكلفة الاستثمار الأولي. وهي مناسبة للفحم الليغنيتي عالي الرطوبة أو الفحم البيتوميني عالي التطاير، وتُستخدم عادةً في أنظمة الطحن بالاحتراق المباشر. ومن عيوبها التآكل الشديد، وقصر فترات التشغيل المتواصل، وضعف ملاءمتها للفحم الصلب.

تختلف مبادئ عمل مطاحن الفحم التقليدية في تركيزها. مطاحن الكرات عبارة عن أجهزة أسطوانية أفقية دوارة تُدار بواسطة تروس محيطية. باستخدام تصميم شبكي ثنائي الحجرات، تدخل المواد إلى الحجرة الأولى عبر جهاز التغذية، حيث تُضرب وتُطحن بواسطة كرات فولاذية ترفعها بطانات متدرجة. بعد الطحن الأولي، تمر عبر صفيحة غشائية إلى الحجرة الثانية لمزيد من الطحن بين بطانات مسطحة وكرات فولاذية، ثم تُفرغ في النهاية عبر شبكة التفريغ. أما مطاحن الأسطوانات، فتتميز بطاولة طحن تدور بواسطة محرك عبر مُخفِّض سرعة. تتحرك المواد المُغذّاة إلى مركز الطاولة للخارج بفعل قوة الطرد المركزي وتُسحق بواسطة أسطوانات الطحن. يدخل الهواء الساخن إلى المطحنة في الوقت نفسه لتجفيف المواد. يحمل تيار الهواء المواد إلى فاصل للتصنيف؛ تسقط الجزيئات كبيرة الحجم لإعادة طحنها، بينما يُجمع المسحوق الناعم المطلوب بواسطة جهاز تجميع الغبار. يمكن التحكم في نعومة المنتج عن طريق ضبط الفاصل.

تتجلى الوظائف الأساسية لمطحنة الفحم في تحضير الفحم المسحوق وتكامل الأنظمة. فهي لا تقتصر على تجفيف الفحم وسحقه وطحنه فحسب، بل تتحكم أيضًا في نعومة الفحم المسحوق ضمن النطاق المطلوب، مما يدعم احتراق الغلايات بكفاءة عالية. علاوة على ذلك، تُدمج مطاحن الفحم عادةً مع أنظمة الطحن (مثل خزانات التخزين الوسيطة أو أنظمة الاحتراق المباشر) لضمان إمداد مستقر بمسحوق الفحم. في التطبيقات الصناعية، يُستخدم هذا الجهاز على نطاق واسع في توليد الطاقة، وصناعة الإسمنت، والتعدين، والصناعات الكيميائية، حيث يُعدّ جهازًا مساعدًا رئيسيًا لضمان استمرارية الإنتاج.

تُعدّ الصيانة اليومية والإصلاحات الدورية ضرورية لضمان التشغيل المستقر لطواحين الفحم. يجب أن تشمل الفحوصات اليومية بعد إيقاف التشغيل فحص إحكام ربط البراغي وتجديد شحم التشحيم القائم على الليثيوم في تجاويف المحامل. أثناء الصيانة، من الضروري فحص تشحيم المحامل وتآكلها، واستبدال مطارق الفحم والبطانات البالية، وربط براغي شفرات المروحة، وتنظيف رواسب الخبث في فرن الاحتراق، وإصلاح بطانات الفرن. يتطلب اختيار نوع طاحونة الفحم موازنة شاملة بين خصائص الفحم، ومتطلبات استهلاك الطاقة، والكفاءة الاقتصادية لتحقيق التوازن الأمثل بين كفاءة الإنتاج والتحكم في التكاليف.