Gruven blir dypere hvert år – 30 m, ifølge bransjerapporter.
Etter hvert som dybden øker, øker også behovet for ventilasjon og kjøling, og Howden vet dette av erfaring med å jobbe med de dypeste gruvene i Sør-Afrika.
Howden ble grunnlagt i 1854 av James Howden i Skottland som et marint ingeniørfirma og etablerte seg i Sør-Afrika på 1950-tallet for å betjene behovene til gruve- og kraftindustrien. På 1960-tallet bidro selskapet til å utstyre landets dype gullgruver med alle ventilasjons- og kjølesystemer som trengs for å utvinne malm kilometervis under jorden på en sikker og effektiv måte.
«I starten brukte gruven bare ventilasjon som kjølemetode, men etter hvert som gruvedybden økte, ble det nødvendig med mekanisk kjøling for å kompensere for den økende varmebelastningen i gruven», fortalte Teunes Wasserman, leder for Howdens avdeling for gruvekjøling og kompressorer, til IM.
Mange dype gullgruver i Sør-Afrika har installert Freon™ sentrifugalkjølere over og under bakken for å gi nødvendig kjøling for personell og utstyr under bakken.
Til tross for forbedringen i status quo, viste varmeavledningssystemet til den underjordiske maskinen seg å være problematisk, ettersom maskinens kjølekapasitet var begrenset av temperatur og mengden tilgjengelig avtrekksluft, sa Wasserman. Samtidig forårsaket gruvevannskvaliteten alvorlig tilsmussing av rørvarmevekslerne som ble brukt i disse tidlige sentrifugalkjølerne.
For å løse dette problemet begynte gruvene å pumpe kald luft fra overflaten til bakken. Selv om dette øker kjølekapasiteten, tar den nødvendige infrastrukturen plass i siloen, og prosessen er både energikrevende og energikrevende.
For å løse disse problemene ønsker gruvene å maksimere mengden kald luft som bringes til bakken gjennom kjølevannsenheter.
Dette fikk Howden til å introdusere aminoskruekjølere i gruver i Sør-Afrika, først i tandem etter eksisterende sentrifugalkjølere på overflaten. Dette har ført til en betydelig endring i mengden kjølevæske som kan tilføres disse dype underjordiske gullgruvene, noe som har resultert i en reduksjon i gjennomsnittlig overflatevannstemperatur fra 6–8 °C til 1 °C. Gruven kan bruke den samme rørledningsinfrastrukturen for gruven, hvorav mange allerede er installert, samtidig som mengden kjøling som leveres til dypere lag økes betydelig.
Omtrent 20 år etter introduksjonen av WRV 510 utviklet Howden, en ledende aktør på markedet, WRV 510, en stor blokkskruekompressor med en 510 mm rotor. Den var en av de største skruekompressorene på markedet på den tiden og passet til kjølemodulstørrelsen som trengtes for å kjøle ned de dype sørafrikanske gruvene.
«Dette endrer alt, fordi gruver kan installere én kjøler på 10–12 MW i stedet for en rekke kjølere», sa Wasserman. «Samtidig er ammoniakk som et grønt kjølemiddel godt egnet for kombinasjoner av skruekompressorer og platevarmevekslere.»
Ammoniakkhensyn ble formalisert i spesifikasjoner og sikkerhetsstandarder for ammoniakk for gruveindustrien, med Howden som spilte en viktig rolle i designprosessen. Disse har blitt oppdatert og innlemmet i sørafrikansk lov.
Denne suksessen er dokumentert av installasjonen av mer enn 350 MW ammoniakkkjølekapasitet av Sør-Afrikas gruveindustri, som regnes som den største i verden.
Men Howdens innovasjon i Sør-Afrika stoppet ikke der: i 1985 la selskapet til en overflateismaskin til sitt voksende utvalg av gruvekjølere.
Ettersom alternativer for kjøling på overflaten og under jorden maksimeres eller anses som for dyre, trenger gruver en ny kjøleløsning for å utvide gruvedriften til dypere nivåer ytterligere.
Howden installerte sitt første isproduksjonsanlegg (eksempel nedenfor) i 1985 ved EPM (East Rand Proprietary Mine) øst for Johannesburg, som har en endelig total kjølekapasitet på rundt 40 MW og en iskapasitet på 4320 t/t.
Grunnlaget for operasjonen er dannelse av is på overflaten og transport av den gjennom gruven til en underjordisk isdam, hvor vannet fra isdammen deretter sirkuleres i underjordiske kjølestasjoner eller brukes som prosessvann for boring av brønner. Den smeltede isen pumpes deretter tilbake til overflaten.
Hovedfordelen med dette ismaskinsystemet er de reduserte pumpekostnadene, noe som reduserer driftskostnadene forbundet med overflatekjølte vannsystemer med omtrent 75–80 %. Det kommer ned til den iboende «kjøleenergien som er lagret i faseovergangene til vannet», sa Wasserman, og forklarte at 1 kg/s is har samme kjølekapasitet som 4,5–5 kg/s frossent vann.
På grunn av den «overlegne posisjoneringseffektiviteten» kan den underjordiske demningen opprettholdes på 2–5 °C for å forbedre den termiske ytelsen til den underjordiske luftkjølestasjonen, noe som igjen maksimerer kjølekapasiteten.
En annen fordel med den spesielle relevansen til et iskraftverk i Sør-Afrika, et land kjent for sitt ustabile strømnett, er systemets evne til å brukes som en varmelagringsmetode, der is skapes og akkumuleres i underjordiske isdammer og i perioder med høy vannstand.
Den sistnevnte fordelen har ført til utviklingen av et Eskom-støttet industripartnerskapsprosjekt der Howden undersøker bruken av ismaskiner for å redusere toppstrømbehov, med testtilfeller ved Mponeng og Moab Hotsong, verdens dypeste underjordiske gruver.
«Vi frøs demningen om natten (etter stengetid) og brukte vann og smeltet is som kjølekilde for gruven i rushtiden», forklarte Wasserman. «Basiskjøleenhetene er slått av i rushtiden, noe som reduserer belastningen på strømnettet.»
Dette førte til utviklingen av en nøkkelferdig ismaskin i Mponeng, hvor Howden fullførte arbeidet, inkludert sivilt, elektrisk og mekanisk utstyr til en 12 MW, 120 t/t ismaskin.
Nylige tillegg til Mponengs kjernestrategi for kjøling inkluderer myk is, overflatekjølt vann, overflateluftkjølere (BAC-er) og et underjordisk kjølesystem. Tilstedeværelsen av forhøyede konsentrasjoner av oppløste salter og klorider i gruvevannet under arbeid.
Sør-Afrikas omfattende erfaring og fokus på løsninger, ikke bare produkter, fortsetter å transformere kjølesystemer over hele verden, sier han.
Som Wasserman nevnte, etter hvert som flere og flere gruver går dypere og det blir mer plass i gruvene, er det lett å se løsninger som denne funnet i andre deler av verden.
Meinhardt sa: «Howden har eksportert sin teknologi for dyp gruvekjøling til Sør-Afrika i flere tiår. For eksempel leverte vi gruvekjølingsløsninger for underjordiske gullgruver i Nevada tilbake på 1990-tallet.»
«En interessant teknologi som brukes i noen sørafrikanske gruver er lagring av termisk is for lastoverføring – termisk energi lagres i store isdammer. Is produseres i rushtiden og brukes i rushtiden», sa han. «Tradisjonelt er kjøleenheter designet for en maksimal omgivelsestemperatur som kan nå tre timer om dagen i sommermånedene. Men hvis du har muligheten til å lagre kjøleenergi, kan du redusere den kapasiteten.»
«Hvis du har en plan med ganske høy rushtid og ønsker å oppgradere til billigere priser utenom rushtiden, kan disse isproduksjonsløsningene være en sterk forretningsmodell», sa han. «Startkapitalen til anlegget kan oppveie lavere driftskostnader.»
Samtidig får BAC, som har blitt brukt i sørafrikanske gruver i flere tiår, stadig større global betydning.
Sammenlignet med tradisjonelle BAC-design har den nyeste generasjonen av BAC-er høyere termisk effektivitet enn forgjengerne, lavere grenser for gruvelufttemperatur og et mindre fotavtrykk. De integrerer også en kjølemodul (CoD) i Howden Ventsim CONTROL-plattformen, som automatisk justerer kragens lufttemperatur for å matche behovene i undergrunnen.
I løpet av det siste året har Howden levert tre nye generasjoners BAC-er til kunder i Brasil og Burkina Faso.
Selskapet er også i stand til å produsere tilpassede løsninger for vanskelige driftsforhold; et nylig eksempel er den «unike» installasjonen av BAC-ammoniakkkjølere for OZ Minerals ved Carrapateena-gruven i Sør-Australia.
«Howden installerte tørre kondensatorer med Howden ammoniakkkompressorer og lukkede tørrluftkjølere i Australia i mangel av tilgjengelig vann», sa Wasserman om installasjonen. «Gitt at dette er en 'tørr' installasjon og ikke åpne spraykjølere installert i vannsystemer, er disse kjølerne designet for maksimal effektivitet.»
Selskapet tester for tiden en løsning for oppetidsovervåking for et 8 MW landbasert BAC-anlegg (bildet nedenfor) designet og bygget ved Yaramoko Fortuna Silver (tidligere Roxgold)-gruven i Burkina Faso.
Systemet, som styres av Howden-anlegget i Johannesburg, lar selskapet gi råd om potensielle effektivitetsforbedringer og vedlikehold for å holde anlegget i optimal drift. BAC-enheten ved Caraiba-gruvekomplekset i Ero Copper i Brasil er også designet for å bruke denne funksjonen.
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS)-plattformen fortsetter å bygge bærekraftige verdiskapende relasjoner, og selskapet vil lansere to gjennomførbarhetsstudier for ventilasjon på forespørsel (VoD) i landet i 2021.
Rett ved grensen til Zimbabwe jobber selskapet med et prosjekt som vil muliggjøre video-on-demand for automatiske dører i underjordiske gruver, slik at de kan åpnes med varierende intervaller og gi akkurat riktig mengde kjøleluft avhengig av kjøretøyets spesifikke behov.
Denne teknologiutviklingen, som bruker eksisterende tilgjengelig gruveinfrastruktur og standard datakilder, vil være en viktig del av Howdens fremtidige produkter.
Howden-opplevelsen i Sør-Afrika: Lær hvordan du designer kjøleløsninger for å håndtere dårlig vannkvalitet i de dype gullgruvene, hvordan du gjør løsninger så energieffektive som mulig for å unngå problemer med strømnettet, og hvordan du oppfyller noen av de strengeste kravene til luftkvalitet. Temperatur- og arbeidsmiljøkrav over hele verden. Regulering – vil fortsette å lønne seg for gruver over hele verden.
International Mining Team Publishing Ltd. 2 Claridge Court, Lower Kings Road, Berkhamsted, Hertfordshire, England HP4 2AF, Storbritannia