鉱山は年々深くなり、業界の報告書によれば30メートルとなっている。
深さが深くなると、換気と冷却の必要性も高まります。ハウデンは、南アフリカの最も深い鉱山で働いた経験からこのことを知っています。
ハウデンは、1854 年にジェームス ハウデンによってスコットランドに海洋エンジニアリング会社として設立され、1950 年代に鉱業および電力産業のニーズに応えるために南アフリカに進出しました。1960 年代までに、同社はこの国の深層金鉱山に、地下数マイルで安全かつ効率的に鉱石を抽出するために必要なすべての換気および冷却システムの装備を支援しました。
「当初、鉱山は冷却方法として換気のみを使用していましたが、採掘深さが増すにつれて、鉱山内の増大する熱負荷を補うために機械的冷却が必要になりました」とハウデンの鉱山冷却およびコンプレッサー部門の責任者、テウネス・ワッサーマン氏はIMに語った。
南アフリカの多くの深層金鉱山では、地下の人員や設備に必要な冷却を提供するために、フレオン™ 遠心冷却器が地上と地下に設置されています。
現状は改善されたものの、地下機械の冷却能力は温度と利用可能な排気量によって制限されるため、地下機械の放熱システムには問題があることが判明したとワッサーマン氏は述べた。同時に、鉱山の水質により、これらの初期のターボ冷凍機で使用されていたシェルアンドチューブ熱交換器に深刻な汚れが発生しました。
この問題を解決するために、鉱山は地表から冷気を地上に送り込み始めました。これにより冷却能力は向上しますが、必要なインフラストラクチャがサイロ内のスペースを占有し、プロセスはエネルギーとエネルギーの両方を大量に消費します。
これらの問題に対処するために、鉱山は、冷水ユニットを通じて地上に持ち込まれる冷気の量を最大化したいと考えています。
このため、ハウデンは、既存の地表遠心冷却器に続いて、初めてアミノスクリュー冷却器を南アフリカの鉱山に導入することになりました。これにより、地下深部の金鉱山に供給できる冷却材の量が段階的に変化し、平均地表水温が 6 ～ 8 ℃ から 1 ℃ に低下しました。この鉱山では、その多くがすでに設置されている同じ鉱山パイプライン インフラストラクチャを使用できると同時に、より深い層に供給される冷却量が大幅に増加します。
WRV 510 の導入から約 20 年後、この分野の大手市場プレーヤーである Howden は、510 mm ローターを備えた大型ブロック スクリュー コンプレッサーである WRV 510 を開発しました。これは当時の市場で最大のスクリュー コンプレッサーの 1 つであり、南アフリカの深層鉱山を冷却するために必要なチラー モジュールのサイズに適合していました。
「鉱山では多数の冷却装置の代わりに単一の 10 ～ 12 MW 冷却装置を設置できるため、これは大変革です」とワッサーマン氏は述べています。「同時に、グリーン冷媒としてのアンモニアは、スクリューコンプレッサーとプレート熱交換器の組み合わせに最適です。」
アンモニアに関する考慮事項は、ホーデンが設計プロセスで重要な役割を果たし、鉱山業界向けのアンモニアの仕様と安全基準に正式に組み込まれました。これらは更新され、南アフリカの法律に組み込まれました。
この成功は、世界最大と考えられている南アフリカの鉱業による 350 MW 以上のアンモニア冷凍能力の導入によって証明されています。
しかし、南アフリカにおけるハウデンの革新はそこで止まりませんでした。1985 年に、同社は成長を続ける鉱山クーラーのラインナップに表面製氷機を追加しました。
地表および地下の冷却オプションは最大限に活用されているか、または高価すぎると考えられているため、鉱山は採掘をさらに深いレベルまで拡大するための新しい冷却ソリューションを必要としています。
ハウデンは、1985 年にヨハネスブルグ東の EPM (イースト ランド所有権鉱山) に最初の製氷プラント (下記の例) を設置しました。このプラントの最終総冷却能力は約 40 MW、製氷能力は 4320 t/h です。
作業の基本は、地表で氷を形成し、それを鉱山を通って地下のアイスダムまで輸送し、アイスダムからの水は地下の冷却ステーションで循環するか、井戸を掘削するためのプロセス水として使用されます。溶けた氷はポンプで地上に戻されます。
この製氷システムの主な利点は、ポンピングコストの削減であり、これにより地表冷水システムに関連する運用コストが約 75 ～ 80% 削減されます。それは本質的に「水の相転移に蓄えられる冷却エネルギー」によるものだとワッサーマン氏は述べ、毎秒1kgの氷は毎秒4.5～5kgの凍った水と同じ冷却能力があると説明した。
「優れた位置決め効率」により、地下ダムを 2 ～ 5°C に維持することができ、地下空冷ステーションの熱性能が向上し、冷却能力が最大化されます。
不安定な送電網で知られる南アフリカにおける氷発電所の特別な関連性のもう1つの利点は、このシステムが蓄熱方法として使用できることである。このシステムでは、ピーク時に氷が生成され、地下のアイスダムに蓄積される。。
後者の利点は、エスコムが支援する業界パートナーシッププロジェクトの開発につながり、ハウデンは、世界で最も深い地下鉱山であるムポネンとモアブ・ホットソングでのテストケースを用いて、ピーク電力需要を削減するための製氷機の使用を調査している。
「私たちは夜間（営業時間外）にダムを凍結し、ピーク時の鉱山の冷却源として水と溶けた氷を使用しました」とワッサーマン氏は説明しました。「基本冷却装置はピーク時間帯には停止されるため、送電網への負荷が軽減されます。」
これがムポネンでのターンキー製氷機の開発につながり、ハウデンはそこで土木設備、電気設備、機械設備を含む 12 MW、120 t/h の製氷機の作業を完了しました。
Mponeng の中核となる冷却戦略に最近追加されたものには、軟氷、地表冷水、地表空気冷却器 (BAC)、および地下冷却システムが含まれます。作業中に鉱山水中に高濃度の溶解塩および塩化物が存在する。
南アフリカの豊富な経験と製品だけでなくソリューションへの注力が、世界中の冷凍システムを変革し続けていると彼は言います。
ワッサーマン氏が述べたように、ますます多くの鉱山がより深く、鉱山内のスペースが広くなるにつれ、このような解決策が世界の他の地域でも見られることが容易にわかります。
マインハルト氏は次のように述べています。「ハウデンは数十年にわたり、その深部鉱山冷却技術を南アフリカに輸出してきました。たとえば、当社は 1990 年代にネバダ州の地下金鉱山に鉱山冷却ソリューションを提供しました。
「南アフリカの一部の鉱山で使用されている興味深い技術は、負荷を伝達するための熱氷の貯蔵です。熱エネルギーは大きな氷のダムに貯蔵されます。氷はピーク時に生産され、ピーク時に使用されます」と彼は言いました。「伝統的に、冷凍ユニットは、夏の間、1 日あたり 3 時間に達する可能性のある最高周囲温度を想定して設計されています。ただし、冷却エネルギーを蓄える能力がある場合は、その能力を減らすことができます。」
「ピーク料金がかなり高いプランを持っていて、オフピーク期間中に安い料金にアップグレードしたい場合、これらの製氷ソリューションは強力なビジネスケースを作ることができます。」と彼は言いました。「工場の初期資本で、運転コストの低下を補うことができます。」
同時に、南アフリカの鉱山で数十年にわたって使用されてきた BAC は、世界的にますます重要性を増しています。
従来の BAC 設計と比較して、最新世代の BAC は前世代よりも熱効率が高く、鉱山の気温制限が低く、設置面積が小さくなっています。また、冷却オンデマンド (CoD) モジュールを Howden Ventsim CONTROL プラットフォームに統合し、地下のニーズに合わせて首輪の空気温度を自動的に調整します。
過去 1 年間、ハウデンは 3 つの新世代 BAC をブラジルとブルキナファソの顧客に納入してきました。
同社は、困難な動作条件に合わせてカスタマイズされたソリューションを作成することもできます。最近の例としては、南オーストラリア州のカラパテナ鉱山における OZ Minerals 向けの BAC アンモニア クーラーの「ユニークな」設置が挙げられます。
ワッサーマン氏は、「ハウデン社は、オーストラリアで水が利用できない中、ハウデン社のアンモニアコンプレッサーを備えた乾式凝縮器とクローズドループ乾式空気冷却器を設置しました」と設置について述べた。「これは「乾式」設備であり、水システムに設置されるオープンスプレークーラーではないことを考慮すると、これらのクーラーは最大の効率を実現するように設計されています。」
同社は現在、ブルキナファソのヤラモコ・フォルトゥナ・シルバー（旧ロックスゴールド）鉱山で設計・建設された8MW陸上BACプラント（下の写真）の稼働時間監視ソリューションをテスト中です。
このシステムはヨハネスブルグのハウデン工場によって制御されており、同社は工場を最適な状態で稼働し続けるための潜在的な効率改善やメンテナンスについてアドバイスすることができます。ブラジルのエロ・カッパーにあるカライバ鉱山複合施設の BAC ユニットも、この機能を使用するように設計されています。
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) プラットフォームは持続可能な付加価値関係の構築を継続しており、同社は 2021 年に国内で 2 つの換気オンデマンド (VoD) 実現可能性調査を開始する予定です。
ジンバブエ国境にある同社は、地下鉱山の自動ドアのビデオオンデマンドを可能にするプロジェクトに取り組んでおり、自動ドアがさまざまな間隔で開き、車両の特定のニーズに応じて適切な量の冷却空気を提供できるようになります。
既存の利用可能なマイニング インフラストラクチャと既製のデータ ソースを使用したこの技術開発は、Howden の将来の製品の重要な部分となります。
南アフリカでのハウデンの経験: 深い金鉱山の劣悪な水質に対処するための冷却ソリューションを設計する方法、送電網の問題を回避するためにソリューションを可能な限りエネルギー効率よくする方法、最も厳しい大気品質要件を満たす方法を学びます。世界中の温度と労働衛生に関する規制 - 規制は世界中の鉱山に利益をもたらし続けます。
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