Branchenberichten zufolge wird die Mine jedes Jahr tiefer – 30 m.
Mit zunehmender Tiefe steigt auch der Bedarf an Belüftung und Kühlung, und Howden weiß das aus Erfahrung mit den tiefsten Minen Südafrikas.
Howden wurde 1854 von James Howden in Schottland als Schiffbauunternehmen gegründet und gelangte in den 1950er Jahren nach Südafrika, um die Bedürfnisse der Bergbau- und Energieindustrie zu bedienen.In den 1960er Jahren trug das Unternehmen dazu bei, die tiefen Goldminen des Landes mit allen Belüftungs- und Kühlsystemen auszustatten, die für den sicheren und effizienten Abbau von Erzmeilen unter der Erde erforderlich waren.
„Ursprünglich nutzte das Bergwerk nur Belüftung als Kühlmethode, aber als die Abbautiefe zunahm, war eine mechanische Kühlung erforderlich, um die wachsende Wärmebelastung im Bergwerk auszugleichen“, sagte Teunes Wasserman, Leiter der Minenkühlungs- und Kompressorenabteilung von Howden, gegenüber IM.
Viele tiefe Goldminen in Südafrika haben Freon™-Zentrifugalkühler über und unter der Erde installiert, um die notwendige Kühlung für das Personal und die Ausrüstung unter Tage zu gewährleisten.
Trotz der Verbesserung des Status quo erwies sich das Wärmeableitungssystem der unterirdischen Maschine als problematisch, da die Kühlkapazität der Maschine durch die Temperatur und die Menge der verfügbaren Abluft begrenzt sei, sagte Wasserman.Gleichzeitig verursachte die Qualität des Grubenwassers eine starke Verschmutzung der Rohrbündelwärmetauscher dieser frühen Zentrifugalkühler.
Um dieses Problem zu lösen, begannen die Minen, kalte Luft von der Oberfläche auf den Boden zu pumpen.Dadurch erhöht sich zwar die Kühlleistung, allerdings nimmt die notwendige Infrastruktur Platz im Silo in Anspruch und der Prozess ist sowohl energie- als auch energieintensiv.
Um diese Probleme anzugehen, möchten Bergwerke die Menge an kalter Luft maximieren, die durch Kaltwassereinheiten auf den Boden gebracht wird.
Dies veranlasste Howden dazu, Amino-Schraubenkühler in Minen in Südafrika einzuführen, zunächst im Tandem nach bestehenden Oberflächen-Zentrifugalkühlern.Dies hat zu einer sprunghaften Änderung der Kühlmittelmenge geführt, die diesen tief unter der Erde liegenden Goldminen zugeführt werden kann, was zu einem Rückgang der durchschnittlichen Oberflächenwassertemperatur von 6–8 °C auf 1 °C führte.Die Mine kann die gleiche Minenpipeline-Infrastruktur nutzen, von der viele bereits installiert sind, und gleichzeitig die Menge der an tiefere Schichten gelieferten Kühlung deutlich erhöhen.
Ungefähr 20 Jahre nach der Einführung des WRV 510 entwickelte Howden, ein führender Marktteilnehmer auf diesem Gebiet, den WRV 510, einen großen Blockschraubenkompressor mit einem 510-mm-Rotor.Es handelte sich damals um einen der größten Schraubenkompressoren auf dem Markt und er entsprach der Größe des Kühlmoduls, das zur Kühlung dieser tief gelegenen südafrikanischen Minen erforderlich war.
„Dies ist ein Wendepunkt, da Bergwerke eine einzelne 10-12-MW-Kältemaschine anstelle einer Reihe von Kältemaschinen installieren können“, sagte Wasserman.„Gleichzeitig eignet sich Ammoniak als grünes Kältemittel gut für Kombinationen aus Schraubenverdichtern und Plattenwärmetauschern.“
Überlegungen zu Ammoniak wurden in Spezifikationen und Sicherheitsstandards für Ammoniak für die Bergbauindustrie formalisiert, wobei Howden eine wichtige Rolle im Designprozess spielte.Sie wurden aktualisiert und in südafrikanisches Recht übernommen.
Dieser Erfolg wird durch die Installation von mehr als 350 MW Ammoniak-Kältekapazität durch die südafrikanische Bergbauindustrie belegt, die als die größte der Welt gilt.
Aber Howdens Innovation in Südafrika endete damit nicht: 1985 fügte das Unternehmen seinem wachsenden Sortiment an Minenkühlern eine Oberflächeneismaschine hinzu.
Da die Kühlmöglichkeiten an der Oberfläche und im Untergrund ausgeschöpft sind oder als zu teuer erachtet werden, benötigen Bergwerke eine neue Kühllösung, um den Bergbau weiter auf tiefere Ebenen auszuweiten.
Howden installierte 1985 seine erste Eisherstellungsanlage (Beispiel unten) in der EPM (East Rand Proprietary Mine) östlich von Johannesburg, die über eine endgültige Gesamtkühlkapazität von rund 40 MW und eine Eiskapazität von 4320 t/h verfügt.
Grundlage des Betriebs ist die Bildung von Eis an der Oberfläche und dessen Transport durch die Mine zu einem unterirdischen Eisdamm, wo das Wasser aus dem Eisdamm dann in unterirdischen Kühlstationen zirkuliert oder als Prozesswasser für Bohrbrunnen verwendet wird.Anschließend wird das geschmolzene Eis zurück an die Oberfläche gepumpt.
Der Hauptvorteil dieses Eisbereitersystems sind die geringeren Pumpkosten, wodurch die Betriebskosten von Oberflächenkühlwassersystemen um etwa 75–80 % gesenkt werden.Es kommt auf die inhärente „Kühlenergie an, die in den Phasenübergängen von Wasser gespeichert ist“, sagte Wasserman und erklärte, dass 1 kg/s Eis die gleiche Kühlkapazität haben wie 4,5–5 kg/s gefrorenes Wasser.
Aufgrund der „überlegenen Positionierungseffizienz“ kann der unterirdische Damm auf 2–5 °C gehalten werden, um die thermische Leistung der unterirdischen Luftkühlstation zu verbessern und wiederum die Kühlkapazität zu maximieren.
Ein weiterer Vorteil der besonderen Relevanz eines Eiskraftwerks in Südafrika, einem Land, das für sein instabiles Stromnetz bekannt ist, ist die Fähigkeit des Systems, als Wärmespeichermethode eingesetzt zu werden, bei der Eis entsteht und sich in unterirdischen Eisdämmen und in Spitzenzeiten ansammelt..
Letzterer Vorteil hat zur Entwicklung eines von Eskom unterstützten Industriepartnerschaftsprojekts geführt, in dessen Rahmen Howden den Einsatz von Eismaschinen zur Reduzierung des Spitzenstrombedarfs untersucht, mit Testfällen in Mponeng und Moab Hotsong, den tiefsten Untertagebergwerken der Welt.
„Wir haben den Damm nachts (nach Geschäftsschluss) eingefroren und zu Spitzenzeiten Wasser und geschmolzenes Eis als Kühlquelle für die Mine genutzt“, erklärte Wasserman.„In Spitzenzeiten werden die Basiskühlgeräte abgeschaltet, was die Netzbelastung reduziert.“
Dies führte zur Entwicklung einer schlüsselfertigen Eismaschine in Mponeng, wo Howden die Arbeiten einschließlich der zivilen, elektrischen und mechanischen Ausrüstung für eine Eismaschine mit 12 MW und 120 t/h abschloss.
Zu den jüngsten Ergänzungen der Kernkühlstrategie von Mponeng gehören Softeis, oberflächengekühltes Wasser, Oberflächenluftkühler (BACs) und ein unterirdisches Kühlsystem.das Vorhandensein erhöhter Konzentrationen gelöster Salze und Chloride im Grubenwasser während der Arbeit.
Südafrikas großer Erfahrungsschatz und sein Fokus auf Lösungen, nicht nur auf Produkte, verändern weiterhin Kühlsysteme auf der ganzen Welt, sagt er.
Wie Wasserman erwähnte, ist es leicht, Lösungen wie diese auch in anderen Teilen der Welt zu finden, da immer mehr Minen tiefer gehen und mehr Platz in den Minen vorhanden ist.
Meinhardt sagte: „Howden exportiert seit Jahrzehnten seine Kühltechnologie für tiefe Minen nach Südafrika.Beispielsweise haben wir bereits in den 1990er Jahren Minenkühllösungen für unterirdische Goldminen in Nevada geliefert.
„Eine interessante Technologie, die in einigen südafrikanischen Minen zum Einsatz kommt, ist die Speicherung von Thermaleis zur Lastübertragung – thermische Energie wird in großen Eisdämmen gespeichert.Eis wird zu Spitzenzeiten produziert und zu Spitzenzeiten verbraucht“, sagte er.„Traditionell sind Kühlgeräte für eine maximale Umgebungstemperatur ausgelegt, die in den Sommermonaten drei Stunden am Tag erreichen kann.Wenn Sie jedoch die Möglichkeit haben, Kühlenergie zu speichern, können Sie diese Kapazität reduzieren.“
„Wenn Sie einen Plan mit einem ziemlich hohen Spitzentarif haben und außerhalb der Spitzenzeiten auf günstigere Tarife upgraden möchten, können diese Eisbereitungslösungen ein starkes Geschäftsargument sein“, sagte er.„Das Anfangskapital für die Anlage kann geringere Betriebskosten ausgleichen.“
Gleichzeitig gewinnt BAC, das seit Jahrzehnten in südafrikanischen Minen eingesetzt wird, weltweit immer mehr an Bedeutung.
Im Vergleich zu herkömmlichen BAC-Designs verfügen die BACs der neuesten Generation über einen höheren thermischen Wirkungsgrad als ihre Vorgänger, niedrigere Grenzwerte für die Minenlufttemperatur und einen kleineren Platzbedarf.Sie integrieren außerdem ein Cooling-on-Demand-Modul (CoD) in die Howden Ventsim CONTROL-Plattform, das die Kragenlufttemperatur automatisch an die Anforderungen unter der Oberfläche anpasst.
Im vergangenen Jahr hat Howden drei BACs der neuen Generation an Kunden in Brasilien und Burkina Faso geliefert.
Das Unternehmen ist auch in der Lage, maßgeschneiderte Lösungen für schwierige Betriebsbedingungen zu produzieren;Ein aktuelles Beispiel ist die „einzigartige“ Installation von BAC-Ammoniakkühlern für OZ Minerals in der Carrapateena-Mine in Südaustralien.
„Howden installierte in Australien Trockenkondensatoren mit Howden-Ammoniakkompressoren und Trockenluftkühlern mit geschlossenem Kreislauf, da kein Wasser verfügbar war“, sagte Wasserman über die Installation.„Da es sich um eine „trockene“ Installation handelt und nicht um offene Sprühkühler, die in Wassersystemen installiert sind, sind diese Kühler auf maximale Effizienz ausgelegt.“
Das Unternehmen testet derzeit eine Lösung zur Betriebszeitüberwachung für eine 8-MW-Onshore-BAC-Anlage (siehe Abbildung unten), die in der Yaramoko Fortuna Silver-Mine (ehemals Roxgold) in Burkina Faso entworfen und gebaut wurde.
Das vom Howden-Werk in Johannesburg gesteuerte System ermöglicht es dem Unternehmen, Ratschläge zu möglichen Effizienzverbesserungen und Wartungsarbeiten zu geben, um den Betrieb der Anlage optimal zu halten.Auch die BAC-Einheit im Caraiba-Bergbaukomplex in Ero Copper, Brasilien, ist darauf ausgelegt, diese Funktion zu nutzen.
Die Total Mine Ventilation Solutions (TMVS)-Plattform baut weiterhin nachhaltige Mehrwertbeziehungen auf und das Unternehmen wird im Jahr 2021 zwei Machbarkeitsstudien für Ventilation On Demand (VoD) im Land starten.
Direkt an der Grenze zu Simbabwe arbeitet das Unternehmen an einem Projekt, das Video-on-Demand für automatische Türen in Untertagebergwerken ermöglichen soll, sodass diese sich in unterschiedlichen Abständen öffnen und je nach den spezifischen Anforderungen des Fahrzeugs genau die richtige Menge Kühlluft liefern können.
Diese Technologieentwicklung, die die vorhandene Bergbauinfrastruktur und handelsübliche Datenquellen nutzt, wird ein wichtiger Bestandteil der zukünftigen Produkte von Howden sein.
Das Howden-Erlebnis in Südafrika: Erfahren Sie, wie Sie Kühllösungen entwickeln, um mit der schlechten Wasserqualität in den Goldminen in den Tiefen des Landes umzugehen, wie Sie Lösungen so energieeffizient wie möglich gestalten, um Netzprobleme zu vermeiden, und wie Sie einige der strengsten Luftqualitätsanforderungen erfüllen.Die weltweite Regulierung von Temperatur- und Arbeitsschutzanforderungen wird sich für Minen auf der ganzen Welt weiterhin auszahlen.
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