Mina se adâncește cu 30 m în fiecare an – conform rapoartelor din industrie.
Pe măsură ce adâncimea crește, crește și nevoia de ventilație și răcire, iar Howden știe acest lucru din experiența de lucru cu cele mai adânci mine din Africa de Sud.
Howden a fost fondată în 1854 de James Howden în Scoția ca o companie de inginerie marină și a intrat în Africa de Sud în anii 1950 pentru a servi nevoile industriei miniere și energetice. Până în anii 1960, compania a contribuit la dotarea minelor de aur de mare adâncime ale țării cu toate sistemele de ventilație și răcire necesare pentru a extrage în siguranță și eficient minereu la kilometri întregi în subteran.
„Inițial, mina folosea ventilația doar ca metodă de răcire, dar pe măsură ce adâncimea de exploatare a crescut, a fost necesară răcirea mecanică pentru a compensa sarcina termică tot mai mare din mină”, a declarat pentru IM Teunes Wasserman, șeful diviziei de Răcire și Compresoare pentru Mine de la Howden.
Multe mine de aur de mare adâncime din Africa de Sud au instalat răcitoare centrifuge Freon™ deasupra și sub pământ pentru a asigura răcirea necesară personalului și echipamentelor subterane.
În ciuda îmbunătățirii status quo-ului, sistemul de disipare a căldurii al mașinii subterane s-a dovedit a fi problematic, deoarece capacitatea de răcire a mașinii era limitată de temperatură și de cantitatea de aer evacuat disponibilă, a spus Wasserman. În același timp, calitatea apei din mină a cauzat o murdărire severă a schimbătoarelor de căldură cu carcasă și tuburi utilizate în aceste chillere centrifuge timpurii.
Pentru a rezolva această problemă, minele au început să pompeze aer rece de la suprafață la sol. Deși acest lucru crește capacitatea de răcire, infrastructura necesară ocupă spațiu în siloz, iar procesul este atât energetic, cât și intensiv energetic.
Pentru a rezolva aceste probleme, minele doresc să maximizeze cantitatea de aer rece adusă la sol prin unități de apă răcită.
Acest lucru a determinat Howden să introducă răcitoare cu șuruburi amino în minele din Africa de Sud, pentru prima dată în tandem după răcitoarele centrifuge de suprafață existente. Acest lucru a dus la o schimbare radicală a cantității de agent de răcire care poate fi furnizată acestor mine de aur subterane de la mare adâncime, rezultând o scădere a temperaturii medii a apei de suprafață de la 6-8°C la 1°C. Mina poate utiliza aceeași infrastructură de conducte a minei, multe dintre ele fiind deja instalate, crescând în același timp semnificativ cantitatea de răcire furnizată straturilor mai adânci.
La aproximativ 20 de ani de la introducerea modelului WRV 510, Howden, un jucător important pe piață în domeniu, a dezvoltat WRV 510, un compresor cu șurub bloc mare cu un rotor de 510 mm. Acesta a fost unul dintre cele mai mari compresoare cu șurub de pe piață la acea vreme și se potrivea cu dimensiunea modulului de răcire necesar pentru răcirea acelor mine sud-africane de mare adâncime.
„Acest lucru schimbă regulile jocului, deoarece minele pot instala un singur chillere de 10-12 MW în loc de o serie de chillere”, a spus Wasserman. „În același timp, amoniacul, ca agent frigorific ecologic, este foarte potrivit pentru combinații de compresoare cu șurub și schimbătoare de căldură cu plăci.”
Considerațiile privind amoniacul au fost formalizate în specificații și standarde de siguranță pentru amoniacul destinat industriei miniere, Howden jucând un rol important în procesul de proiectare. Acestea au fost actualizate și încorporate în legislația sud-africană.
Acest succes este demonstrat de instalarea a peste 350 MW de capacitate de refrigerare cu amoniac de către industria minieră din Africa de Sud, considerată cea mai mare din lume.
Însă inovațiile Howden în Africa de Sud nu s-au oprit aici: în 1985, compania a adăugat o mașină de gheață de suprafață la gama sa tot mai mare de răcitoare de mină.
Pe măsură ce opțiunile de răcire la suprafață și subterană sunt maximizate sau considerate prea scumpe, minele au nevoie de o nouă soluție de răcire pentru a extinde mineritul la niveluri mai adânci.
Howden a instalat prima sa instalație de producere a gheții (exemplul de mai jos) în 1985 la EPM (East Rand Proprietary Mine) la est de Johannesburg, care are o capacitate totală de răcire de aproximativ 40 MW și o capacitate de producere a gheții de 4320 t/h.
Baza operațiunii constă în formarea gheții la suprafață și transportul acesteia prin mină către un baraj subteran de gheață, unde apa din barajul de gheață este apoi circulată în stații de răcire subterane sau utilizată ca apă de proces pentru forarea puțurilor. Gheața topită este apoi pompată înapoi la suprafață.
Principalul beneficiu al acestui sistem de fabricare a gheții este costurile reduse de pompare, ceea ce reduce costurile de operare asociate sistemelor de apă răcită la suprafață cu aproximativ 75-80%. Totul se reduce la „energia de răcire stocată în tranzițiile de fază ale apei” inerentă, a spus Wasserman, explicând că 1 kg/s de gheață are aceeași capacitate de răcire ca 4,5-5 kg/s de apă înghețată.
Datorită „eficienței superioare de poziționare”, barajul subteran poate fi menținut la 2-5°C pentru a îmbunătăți performanța termică a stației subterane de răcire cu aer, maximizând din nou capacitatea de răcire.
Un alt avantaj al relevanței deosebite a unei centrale electrice pe bază de gheață în Africa de Sud, o țară cunoscută pentru rețeaua sa electrică instabilă, este capacitatea sistemului de a fi utilizat ca metodă de stocare a căldurii, unde gheața este creată și acumulată în baraje subterane și în perioadele de vârf.
Acest din urmă beneficiu a condus la dezvoltarea unui proiect de parteneriat industrial susținut de Eskom, în cadrul căruia Howden investighează utilizarea aparatelor de gheață pentru a reduce cererea maximă de energie electrică, cu cazuri de testare la Mponeng și Moab Hotsong, cele mai adânci mine subterane din lume.
„Am înghețat barajul noaptea (după orele de program) și am folosit apă și gheață topită ca sursă de răcire pentru mină în timpul orelor de vârf”, a explicat Wasserman. „Unitățile de răcire de bază sunt oprite în perioadele de vârf, ceea ce reduce sarcina asupra rețelei.”
Acest lucru a dus la dezvoltarea unei mașini de gheață la cheie la Mponeng, unde Howden a finalizat lucrările, inclusiv echipamentele civile, electrice și mecanice pentru o mașină de gheață de 12 MW și 120 t/h.
Printre adăugirile recente la strategia principală de răcire a Mponeng se numără gheața moale, apa răcită la suprafață, răcitoarele de aer de suprafață (BAC) și un sistem de răcire subteran. Prezența în apele de mină a unor concentrații ridicate de săruri și cloruri dizolvate în timpul lucrului.
„Bogația de experiență a Africii de Sud și concentrarea sa pe soluții, nu doar pe produse, continuă să transforme sistemele de refrigerare din întreaga lume”, spune el.
Așa cum a menționat Wasserman, pe măsură ce tot mai multe mine se extind mai adânc și ocupă mai mult spațiu în mine, este ușor să vedem soluții de acest gen găsite și în alte părți ale lumii.
Meinhardt a declarat: „Howden exportă tehnologia sa de răcire a minelor subterane în Africa de Sud de zeci de ani. De exemplu, am furnizat soluții de răcire a minelor subterane de aur din Nevada în anii 1990.”
„O tehnologie interesantă utilizată în unele mine din Africa de Sud este stocarea gheții termice pentru transferul de sarcină – energia termică este stocată în baraje mari de gheață. Gheața este produsă în timpul orelor de vârf și utilizată în timpul orelor de vârf”, a spus el. „În mod tradițional, unitățile de refrigerare sunt proiectate pentru o temperatură ambientală maximă care poate ajunge la trei ore pe zi în timpul lunilor de vară. Cu toate acestea, dacă aveți capacitatea de a stoca energie de răcire, puteți reduce această capacitate.”
„Dacă aveți un abonament cu o rată de vârf destul de mare și doriți să treceți la tarife mai mici în perioadele de vârf, aceste soluții de producere a gheții pot reprezenta o justificare comercială solidă”, a spus el. „Capitalul inițial pentru instalație poate compensa costurile de operare mai mici.”
În același timp, BAC-ul, care a fost utilizat în minele din Africa de Sud timp de decenii, câștigă din ce în ce mai multă importanță la nivel global.
Comparativ cu modelele tradiționale de BAC-uri, cea mai recentă generație de BAC-uri are o eficiență termică mai mare decât predecesoarele lor, limite de temperatură a aerului din mină mai scăzute și o amprentă mai mică. De asemenea, acestea integrează un modul de răcire la cerere (CoD) în platforma Howden Ventsim CONTROL, care ajustează automat temperatura aerului din guler pentru a se potrivi nevoilor subteranului.
În ultimul an, Howden a livrat trei BAC-uri de nouă generație clienților din Brazilia și Burkina Faso.
Compania este, de asemenea, capabilă să producă soluții personalizate pentru condiții dificile de operare; un exemplu recent este instalarea „unică” a răcitoarelor de amoniac BAC pentru OZ Minerals la mina Carrapateena din Australia de Sud.
„Howden a instalat condensatoare uscate cu compresoare cu amoniac Howden și răcitoare de aer uscat cu buclă închisă în Australia, în absența apei disponibile”, a spus Wasserman despre instalare. „Având în vedere că aceasta este o instalație «uscată» și nu răcitoare cu pulverizare deschisă instalate în sisteme de apă, aceste răcitoare sunt proiectate pentru o eficiență maximă.”
Compania testează în prezent o soluție de monitorizare a timpului de funcționare pentru o centrală BAC onshore de 8 MW (ilustrată mai jos), proiectată și construită la mina Yaramoko Fortuna Silver (fosta Roxgold) din Burkina Faso.
Sistemul, controlat de fabrica Howden din Johannesburg, permite companiei să ofere consultanță cu privire la potențialele îmbunătățiri ale eficienței și la întreținere pentru a menține instalația în funcțiune optimă. Unitatea BAC de la complexul minier Caraiba din Ero Copper, Brazilia, este, de asemenea, proiectată pentru a utiliza această caracteristică.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continuă să construiască relații sustenabile cu valoare adăugată, iar compania va lansa două studii de fezabilitate pentru ventilație la cerere (VoD) în țară în 2021.
Chiar la granița cu Zimbabwe, compania lucrează la un proiect care va permite video la cerere pentru ușile automate din minele subterane, permițându-le să se deschidă la intervale variabile și să furnizeze cantitatea potrivită de aer de răcire, în funcție de nevoile specifice ale vehiculului.
Această dezvoltare tehnologică, utilizând infrastructura minieră existentă și sursele de date disponibile, va fi o parte importantă a viitoarelor produse Howden.
Experiența Howden în Africa de Sud: Învățați cum să proiectați soluții de răcire pentru a face față calității slabe a apei în minele sale de aur de mare adâncime, cum să faceți soluțiile cât mai eficiente din punct de vedere energetic pentru a evita problemele legate de rețea și cum să îndepliniți unele dintre cele mai stricte cerințe privind calitatea aerului, temperatura și sănătatea ocupațională la nivel mondial. Reglementarea va continua să dea roade pentru minele din întreaga lume.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglia HP4 2AF, Regatul Unit