Kopalnia z roku na rok jest coraz głębsza – według doniesień branżowych 30 m.
Wraz ze wzrostem głębokości rośnie zapotrzebowanie na wentylację i chłodzenie, a Howden wie to z doświadczenia w pracy w najgłębszych kopalniach w Afryce Południowej.
Firma Howden została założona w 1854 roku przez Jamesa Howdena w Szkocji jako firma zajmująca się inżynierią morską i weszła do Republiki Południowej Afryki w latach pięćdziesiątych XX wieku, aby służyć potrzebom przemysłu wydobywczego i energetycznego.W latach sześćdziesiątych firma pomagała wyposażyć kopalnie złota w kraju we wszystkie systemy wentylacji i chłodzenia potrzebne do bezpiecznego i wydajnego wydobywania rudy wiele kilometrów pod ziemią.
„Początkowo kopalnia wykorzystywała tylko wentylację jako metodę chłodzenia, ale wraz ze wzrostem głębokości wydobycia wymagane było chłodzenie mechaniczne, aby zrekompensować rosnące obciążenie cieplne w kopalni” – powiedział IM Teunes Wasserman, szef działu chłodzenia i sprężarek kopalni Howden.
Wiele głębokich kopalni złota w Afryce Południowej zainstalowało chłodziarki odśrodkowe Freon™ nad i pod ziemią, aby zapewnić niezbędne chłodzenie dla personelu i sprzętu pod ziemią.
Pomimo poprawy status quo, system odprowadzania ciepła podziemnej maszyny okazał się problematyczny, ponieważ wydajność chłodzenia maszyny była ograniczona przez temperaturę i ilość dostępnego powietrza wywiewanego, powiedział Wasserman.Jednocześnie jakość wody kopalnianej spowodowała poważne zanieczyszczenie płaszczowo-rurowych wymienników ciepła stosowanych w tych wczesnych agregatach chłodniczych odśrodkowych.
Aby rozwiązać ten problem, kopalnie zaczęły pompować zimne powietrze z powierzchni na ziemię.Chociaż zwiększa to wydajność chłodzenia, niezbędna infrastruktura zajmuje miejsce w silosie, a proces jest zarówno energochłonny, jak i energochłonny.
Aby rozwiązać te problemy, kopalnie chcą zmaksymalizować ilość zimnego powietrza doprowadzanego do gruntu przez agregaty wody lodowej.
To skłoniło Howdena do wprowadzenia chłodnic śrubowych z aminami w kopalniach w Afryce Południowej, najpierw w tandemie po istniejących powierzchniowych chłodnicach odśrodkowych.Doprowadziło to do skokowej zmiany ilości chłodziwa, które może być dostarczane do tych głębokich podziemnych kopalni złota, co spowodowało spadek średniej temperatury wód powierzchniowych z 6-8°C do 1°C.Kopalnia może korzystać z tej samej infrastruktury rurociągów kopalnianych, z których wiele jest już zainstalowanych, przy jednoczesnym znacznym zwiększeniu ilości chłodzenia dostarczanego do głębszych warstw.
Około 20 lat po wprowadzeniu WRV 510, Howden, wiodący gracz na rynku w tej dziedzinie, opracował WRV 510, dużą blokową sprężarkę śrubową z wirnikiem 510 mm.W tamtym czasie była to jedna z największych sprężarek śrubowych na rynku i odpowiadała rozmiarowi modułu agregatu chłodniczego potrzebnego do chłodzenia głębokich kopalń w Afryce Południowej.
„To zmienia reguły gry, ponieważ kopalnie mogą zainstalować pojedynczy agregat chłodniczy o mocy 10–12 MW zamiast kilku agregatów chłodniczych” — powiedział Wasserman.„Jednocześnie amoniak jako ekologiczny czynnik chłodniczy doskonale nadaje się do kombinacji sprężarek śrubowych i płytowych wymienników ciepła”.
Rozważania dotyczące amoniaku zostały sformalizowane w specyfikacjach i normach bezpieczeństwa dotyczących amoniaku dla przemysłu wydobywczego, przy czym Howden odegrał ważną rolę w procesie projektowania.Zostały one zaktualizowane i włączone do prawa Republiki Południowej Afryki.
Dowodem tego sukcesu jest instalacja ponad 350 MW mocy chłodniczej amoniaku przez przemysł wydobywczy Republiki Południowej Afryki, który jest uważany za największy na świecie.
Jednak innowacyjność Howdena w Afryce Południowej nie zakończyła się na tym: w 1985 roku firma dodała maszynę do lodu powierzchniowego do swojej rosnącej oferty chłodnic kopalnianych.
Ponieważ opcje chłodzenia powierzchniowego i podziemnego są maksymalizowane lub uważane za zbyt drogie, kopalnie potrzebują nowego rozwiązania chłodzącego, aby dalej rozszerzać wydobycie na głębsze poziomy.
Howden zainstalował swoją pierwszą fabrykę lodu (przykład poniżej) w 1985 roku w EPM (East Rand Proprietary Mine) na wschód od Johannesburga, która ma końcową całkowitą wydajność chłodzenia około 40 MW i wydajność lodu 4320 t/h.
Podstawą działania jest tworzenie się lodu na powierzchni i transportowanie go przez kopalnię do podziemnej zapory lodowej, gdzie woda z zapory jest następnie cyrkulowana w podziemnych stacjach chłodniczych lub wykorzystywana jako woda technologiczna do wiercenia otworów.Stopiony lód jest następnie pompowany z powrotem na powierzchnię.
Główną zaletą tego systemu kostkarki do lodu są zmniejszone koszty pompowania, co zmniejsza koszty operacyjne związane z powierzchniowymi systemami wody lodowej o około 75-80%.Sprowadza się to do nieodłącznej „energii chłodzenia zmagazynowanej w przemianach fazowych wody” – powiedział Wasserman, wyjaśniając, że 1 kg/s lodu ma taką samą wydajność chłodzenia jak 4,5-5 kg/s zamarzniętej wody.
Dzięki „doskonałej wydajności pozycjonowania” podziemna tama może być utrzymywana w temperaturze 2-5°C, aby poprawić wydajność cieplną podziemnej stacji chłodzenia powietrza, ponownie maksymalizując wydajność chłodzenia.
Inną zaletą szczególnego znaczenia elektrowni lodowej w Afryce Południowej, kraju znanym z niestabilnej sieci energetycznej, jest możliwość wykorzystania systemu jako metody magazynowania ciepła, w której lód jest tworzony i gromadzony w podziemnych tamach lodowych oraz w okresach szczytowych..
Ta ostatnia korzyść doprowadziła do rozwoju wspieranego przez Eskom projektu partnerstwa branżowego, w ramach którego Howden bada wykorzystanie kostkarek do zmniejszania szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną, z przypadkami testowymi w Mponeng i Moab Hotsong, najgłębszych podziemnych kopalniach na świecie.
„Zamrażaliśmy tamę w nocy (po godzinach) i używaliśmy wody i stopionego lodu jako źródła chłodzenia dla kopalni w godzinach szczytu” – wyjaśnił Wasserman.„Podstawowe klimatyzatory są wyłączane w okresach szczytu, co zmniejsza obciążenie sieci”.
Doprowadziło to do opracowania maszyny do lodu pod klucz w Mponeng, gdzie Howden zakończył prace obejmujące wyposażenie cywilne, elektryczne i mechaniczne dla maszyny do lodu o mocy 12 MW, 120 t/h.
Ostatnie dodatki do podstawowej strategii chłodzenia Mponeng obejmują miękki lód, powierzchniową wodę lodową, powierzchniowe chłodnice powietrza (BAC) oraz podziemny system chłodzenia.obecność w wodach kopalnianych podwyższonego stężenia rozpuszczonych soli i chlorków podczas prac.
Bogate doświadczenie Republiki Południowej Afryki i skupienie się na rozwiązaniach, a nie tylko produktach, nadal przekształca systemy chłodnicze na całym świecie, mówi.
Jak wspomniał Wasserman, w miarę jak coraz więcej kopalń zagłębia się i zajmuje coraz więcej miejsca w kopalniach, łatwo zauważyć takie rozwiązania w innych częściach świata.
Meinhardt powiedział: „Howden od dziesięcioleci eksportuje swoją technologię chłodzenia głębokich kopalń do Republiki Południowej Afryki.Na przykład w latach 90. dostarczaliśmy rozwiązania chłodzące dla kopalni złota w Nevadzie.
„Ciekawą technologią stosowaną w niektórych południowoafrykańskich kopalniach jest magazynowanie lodu termicznego do przenoszenia ładunku – energia cieplna jest magazynowana w dużych zaporach lodowych.Lód jest produkowany w godzinach szczytu i używany w godzinach szczytu” – powiedział.„Tradycyjnie agregaty chłodnicze są projektowane na maksymalną temperaturę otoczenia, która w miesiącach letnich może sięgać trzech godzin dziennie.Jeśli jednak masz możliwość magazynowania energii chłodniczej, możesz zmniejszyć tę pojemność”.
„Jeśli masz plan z dość wysoką stawką szczytową i chcesz przejść na tańsze stawki w okresach poza szczytem, ​​te rozwiązania do wytwarzania lodu mogą stanowić mocne uzasadnienie biznesowe” – powiedział.„Kapitał początkowy zakładu może zrekompensować niższe koszty operacyjne”.
Jednocześnie BAC, stosowany od dziesięcioleci w południowoafrykańskich kopalniach, zyskuje coraz większe znaczenie na świecie.
W porównaniu z tradycyjnymi konstrukcjami BAC, najnowsza generacja BAC ma wyższą sprawność cieplną niż ich poprzednicy, niższe limity temperatury powietrza w kopalni i mniejszą powierzchnię.Integrują również moduł chłodzenia na żądanie (CoD) z platformą Howden Ventsim CONTROL, która automatycznie dostosowuje temperaturę powietrza kołnierza do potrzeb podpowierzchniowych.
W ciągu ostatniego roku Howden dostarczył trzy BAC nowej generacji klientom w Brazylii i Burkina Faso.
Firma jest również w stanie wyprodukować niestandardowe rozwiązania dla trudnych warunków pracy;ostatnim przykładem jest „wyjątkowa” instalacja chłodnic amoniaku BAC dla OZ Minerals w kopalni Carrapateena w Australii Południowej.
„Firma Howden zainstalowała suche skraplacze wraz ze sprężarkami amoniaku Howden i chłodnicami suchego powietrza w obiegu zamkniętym w Australii z powodu braku dostępnej wody” — powiedział Wasserman o instalacji.„Biorąc pod uwagę, że jest to instalacja„ sucha ”, a nie otwarte chłodnice natryskowe instalowane w systemach wodnych, chłodnice te zostały zaprojektowane z myślą o maksymalnej wydajności”.
Obecnie firma testuje rozwiązanie do monitorowania czasu działania lądowej elektrowni BAC o mocy 8 MW (na zdjęciu poniżej), zaprojektowanej i zbudowanej w kopalni Yaramoko Fortuna Silver (dawniej Roxgold) w Burkina Faso.
System kontrolowany przez fabrykę Howden w Johannesburgu pozwala firmie doradzać w zakresie potencjalnych ulepszeń wydajności i konserwacji, aby zakład działał optymalnie.Jednostka BAC w kompleksie wydobywczym Caraiba w Ero Copper w Brazylii jest również zaprojektowana do korzystania z tej funkcji.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) nadal buduje trwałe relacje o wartości dodanej, a firma przeprowadzi dwa studia wykonalności wentylacji na żądanie (VoD) w kraju w 2021 roku.
Tuż przy granicy z Zimbabwe firma pracuje nad projektem, który umożliwi wideo na żądanie dla automatycznych drzwi w podziemnych kopalniach, pozwalając im otwierać się w różnych odstępach czasu i dostarczać odpowiednią ilość powietrza chłodzącego w zależności od konkretnych potrzeb pojazdu.
Ten rozwój technologii, wykorzystujący istniejącą dostępną infrastrukturę wydobywczą i gotowe źródła danych, będzie ważną częścią przyszłych produktów Howden.
Doświadczenie Howden w RPA: Dowiedz się, jak projektować rozwiązania chłodzące, aby radzić sobie ze złą jakością wody w głębokich kopalniach złota, jak tworzyć rozwiązania tak energooszczędne, jak to tylko możliwe, aby uniknąć problemów z siecią i jak spełniać niektóre z najbardziej rygorystycznych wymagań dotyczących jakości powietrza.Rozporządzenia dotyczące temperatury i zdrowia pracowników na całym świecie – będą nadal procentować dla kopalń na całym świecie.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglia HP4 2AF, Wielka Brytania