De mijn wordt elk jaar dieper - 30 m, volgens rapporten van de industrie.
Naarmate de diepte toeneemt, neemt ook de behoefte aan ventilatie en koeling toe, en Howden weet dit uit ervaring met het werken met de diepste mijnen in Zuid-Afrika.
Howden werd in 1854 opgericht door James Howden in Schotland als een waterbouwkundig bedrijf en kwam in de jaren vijftig naar Zuid-Afrika om te voorzien in de behoeften van de mijnbouw- en energie-industrie.In de jaren zestig hielp het bedrijf de diepe goudmijnen van het land uit te rusten met alle ventilatie- en koelsystemen die nodig waren om veilig en efficiënt ertsmijlen ondergronds te winnen.
"Aanvankelijk gebruikte de mijn alleen ventilatie als koelmethode, maar naarmate de mijndiepte toenam, was mechanische koeling nodig om de groeiende warmtebelasting in de mijn te compenseren", vertelde Teunes Wasserman, hoofd van Howden's Mine Cooling and Compressors-divisie, aan IM.
Veel diepe goudmijnen in Zuid-Afrika hebben Freon™-centrifugaalkoelers boven- en ondergronds geïnstalleerd om de nodige koeling te bieden aan ondergronds personeel en materieel.
Ondanks de verbetering van de status-quo, bleek het warmteafvoersysteem van de ondergrondse machine problematisch, omdat de koelcapaciteit van de machine beperkt was door de temperatuur en de beschikbare hoeveelheid uitlaatlucht, zei Wasserman.Tegelijkertijd veroorzaakte de kwaliteit van het mijnwater ernstige vervuiling van de shell-and-tube warmtewisselaars die in deze vroege centrifugale koelmachines werden gebruikt.
Om dit probleem op te lossen, begonnen de mijnen koude lucht van het oppervlak naar de grond te pompen.Dit verhoogt weliswaar het koelvermogen, maar de benodigde infrastructuur neemt ruimte in de silo in beslag en het proces is zowel energie- als energie-intensief.
Om deze problemen aan te pakken, willen mijnen de hoeveelheid koude lucht die via koelwaterunits naar de grond wordt gebracht maximaliseren.
Dit bracht Howden ertoe om amino-schroefkoelers te introduceren in mijnen in Zuid-Afrika, eerst in tandem na bestaande centrifugaalkoelers aan het oppervlak.Dit heeft geleid tot een stapsgewijze verandering in de hoeveelheid koelmiddel die aan deze diep ondergrondse goudmijnen kan worden geleverd, met als gevolg een daling van de gemiddelde oppervlaktewatertemperatuur van 6-8°C naar 1°C.De mijn kan dezelfde mijnpijpleidinginfrastructuur gebruiken, waarvan er vele al zijn geïnstalleerd, terwijl de hoeveelheid koeling die wordt geleverd aan diepere lagen aanzienlijk wordt vergroot.
Ongeveer 20 jaar na de introductie van de WRV 510 ontwikkelde Howden, een toonaangevende speler op dit gebied, de WRV 510, een grote blokschroefcompressor met een rotor van 510 mm.Het was destijds een van de grootste schroefcompressoren op de markt en kwam overeen met de grootte van de koelmachinemodule die nodig was om die diepe Zuid-Afrikaanse mijnen te koelen.
"Dit is een game-wisselaar omdat mijnen een enkele koelmachine van 10-12 MW kunnen installeren in plaats van een stel koelmachines", zei Wasserman.“Tegelijkertijd is ammoniak als groen koudemiddel goed geschikt voor combinaties van schroefcompressoren en platenwarmtewisselaars.”
Ammoniakoverwegingen werden geformaliseerd in specificaties en veiligheidsnormen voor ammoniak voor de mijnbouw, waarbij Howden een belangrijke rol speelde in het ontwerpproces.Ze zijn bijgewerkt en opgenomen in de Zuid-Afrikaanse wetgeving.
Dit succes blijkt uit de installatie van meer dan 350 MW ammoniakkoelcapaciteit door de Zuid-Afrikaanse mijnbouwindustrie, die als de grootste ter wereld wordt beschouwd.
Maar de innovatie van Howden in Zuid-Afrika hield daar niet op: in 1985 voegde het bedrijf een oppervlakte-ijsmachine toe aan zijn groeiende assortiment mijnkoelers.
Omdat opties voor oppervlakte- en ondergrondse koeling worden gemaximaliseerd of als te duur worden beschouwd, hebben mijnen een nieuwe koeloplossing nodig om de mijnbouw verder uit te breiden naar diepere niveaus.
Howden installeerde zijn eerste ijsfabriek (voorbeeld hieronder) in 1985 in de EPM (East Rand Proprietary Mine) ten oosten van Johannesburg, die een uiteindelijke totale koelcapaciteit heeft van ongeveer 40 MW en een ijscapaciteit van 4320 t/u.
De basis van de operatie is de vorming van ijs aan de oppervlakte en het transport ervan door de mijn naar een ondergrondse ijsdam, waar het water van de ijsdam vervolgens wordt gecirculeerd in ondergrondse koelstations of wordt gebruikt als proceswater voor het boren van putten.Het gesmolten ijs wordt vervolgens weer naar de oppervlakte gepompt.
Het belangrijkste voordeel van dit ijsmachinesysteem zijn de lagere pompkosten, waardoor de bedrijfskosten van oppervlaktegekoeldwatersystemen met ongeveer 75-80% worden verlaagd.Het komt neer op de inherente "koelenergie die is opgeslagen in de faseovergangen van water", zei Wasserman, die uitlegde dat 1 kg/s ijs dezelfde koelcapaciteit heeft als 4,5-5 kg/s bevroren water.
Vanwege de "superieure positioneringsefficiëntie" kan de ondergrondse dam op 2-5°C worden gehouden om de thermische prestaties van het ondergrondse luchtkoelstation te verbeteren, waardoor de koelcapaciteit opnieuw wordt gemaximaliseerd.
Een ander voordeel van de bijzondere relevantie van een ijskrachtcentrale in Zuid-Afrika, een land dat bekend staat om zijn onstabiele elektriciteitsnet, is het vermogen van het systeem om te worden gebruikt als warmteopslagmethode, waarbij ijs wordt gemaakt en zich ophoopt in ondergrondse ijsdammen en tijdens piekperiodes..
Dit laatste voordeel heeft geleid tot de ontwikkeling van een door Eskom ondersteund samenwerkingsproject voor de industrie, waarbij Howden onderzoek doet naar het gebruik van ijsmachines om de piekvraag naar elektriciteit te verminderen, met testcases in Mponeng en Moab Hotsong, 's werelds diepste ondergrondse mijnen.
"We bevroor de dam 's nachts (na sluitingstijd) en gebruikten water en gesmolten ijs als koelbron voor de mijn tijdens piekuren", legt Wasserman uit.“Tijdens piekperiodes worden de basiskoelunits uitgeschakeld, waardoor de belasting van het net wordt verminderd.”
Dit leidde tot de ontwikkeling van een kant-en-klare ijsmachine in Mponeng, waar Howden het werk voltooide, inclusief civiele, elektrische en mechanische uitrusting voor een ijsmachine van 12 MW, 120 t/u.
Recente toevoegingen aan de kernkoelingsstrategie van Mponeng zijn onder meer softijs, oppervlaktegekoeld water, oppervlakteluchtkoelers (BAC's) en een ondergronds koelsysteem.de aanwezigheid in mijnwateren van verhoogde concentraties opgeloste zouten en chloriden tijdens het werk.
Zuid-Afrika's schat aan ervaring en focus op oplossingen, niet alleen op producten, blijft koelsystemen over de hele wereld transformeren, zegt hij.
Zoals Wasserman al zei, naarmate meer en meer mijnen dieper gaan en er meer ruimte in mijnen komt, is het gemakkelijk om dergelijke oplossingen in andere delen van de wereld te zien.
Meinhardt zei: “Howden exporteert zijn diepe mijnkoelingstechnologie al tientallen jaren naar Zuid-Afrika.Zo leverden we in de jaren negentig mijnkoelingsoplossingen voor ondergrondse goudmijnen in Nevada.
“Een interessante technologie die in sommige Zuid-Afrikaanse mijnen wordt gebruikt, is de opslag van thermisch ijs voor belastingoverdracht – thermische energie wordt opgeslagen in grote ijsdammen.IJs wordt geproduceerd tijdens piekuren en gebruikt tijdens piekuren”, zei hij.“Traditioneel zijn koelunits ontworpen voor een maximale omgevingstemperatuur die tijdens de zomermaanden drie uur per dag kan oplopen.Als je echter de mogelijkheid hebt om koelenergie op te slaan, kun je die capaciteit verminderen.”
"Als je een abonnement hebt met een vrij hoog piektarief en je wilt upgraden naar goedkopere tarieven tijdens de daluren, kunnen deze oplossingen voor het maken van ijs een sterke businesscase zijn", zei hij."Het startkapitaal voor de fabriek kan lagere bedrijfskosten compenseren."
Tegelijkertijd wint BAC, dat al tientallen jaren in Zuid-Afrikaanse mijnen wordt gebruikt, wereldwijd steeds meer aan belang.
Vergeleken met traditionele BAC-ontwerpen heeft de nieuwste generatie BAC's een hoger thermisch rendement dan hun voorgangers, lagere mijnluchttemperatuurlimieten en een kleinere voetafdruk.Ze integreren ook een cooling-on-demand (CoD)-module in het Howden Ventsim CONTROL-platform, dat automatisch de kraagluchttemperatuur aanpast aan de behoeften van de ondergrond.
Het afgelopen jaar heeft Howden drie nieuwe generatie BAC's geleverd aan klanten in Brazilië en Burkina Faso.
Ook voor moeilijke bedrijfsomstandigheden is het bedrijf in staat maatwerk te leveren;een recent voorbeeld is de 'unieke' installatie van BAC-ammoniakkoelers voor OZ Minerals in de Carrapateena-mijn in Zuid-Australië.
"Howden installeerde droge condensors met Howden-ammoniakcompressoren en gesloten droge luchtkoelers in Australië bij gebrek aan beschikbaar water", zei Wasserman over de installatie."Aangezien dit een 'droge' installatie is en geen open sproeikoelers die in watersystemen worden geïnstalleerd, zijn deze koelers ontworpen voor maximale efficiëntie."
Het bedrijf test momenteel een uptime-bewakingsoplossing voor een 8 MW onshore BAC-fabriek (hieronder afgebeeld) die is ontworpen en gebouwd in de Yaramoko Fortuna Silver-mijn (voorheen Roxgold) in Burkina Faso.
Het systeem, bestuurd door de Howden-fabriek in Johannesburg, stelt het bedrijf in staat om te adviseren over mogelijke efficiëntieverbeteringen en onderhoud om de fabriek optimaal te laten werken.De BAC-eenheid in het Caraiba-mijncomplex in Ero Copper, Brazilië, is ook ontworpen om deze functie te gebruiken.
Het Total Mine Ventilation Solutions (TMVS)-platform blijft duurzame relaties met toegevoegde waarde opbouwen en het bedrijf zal in 2021 twee Ventilation On Demand (VoD)-haalbaarheidsstudies lanceren in het land.
Direct aan de Zimbabwaanse grens werkt het bedrijf aan een project dat video-on-demand mogelijk maakt voor automatische deuren in ondergrondse mijnen, waardoor ze met verschillende tussenpozen kunnen worden geopend en precies de juiste hoeveelheid koellucht kunnen leveren, afhankelijk van de specifieke behoeften van het voertuig.
Deze technologische ontwikkeling, waarbij gebruik wordt gemaakt van bestaande beschikbare mijnbouwinfrastructuur en kant-en-klare gegevensbronnen, zal een belangrijk onderdeel zijn van de toekomstige producten van Howden.
De Howden-ervaring in Zuid-Afrika: leer hoe u koeloplossingen kunt ontwerpen om de slechte waterkwaliteit in de diepe goudmijnen aan te pakken, hoe u oplossingen zo energiezuinig mogelijk kunt maken om netproblemen te voorkomen en hoe u kunt voldoen aan enkele van de strengste luchtkwaliteitseisen.wereldwijde regelgeving inzake temperatuur en gezondheid op het werk – zal zijn vruchten blijven afwerpen voor mijnen over de hele wereld.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Engeland HP4 2AF, UK