По данным отраслевых отчетов, шахта с каждым годом становится глубже — на 30 м.
С увеличением глубины растет и потребность в вентиляции и охлаждении, и Howden знает это по опыту работы с самыми глубочайшими шахтами в Южной Африке.
Howden была основана в 1854 году Джеймсом Хауденом в Шотландии как компания по морскому проектированию и вышла на рынок Южной Африки в 1950-х годах, чтобы обслуживать потребности горнодобывающей и энергетической промышленности. К 1960-м годам компания помогла оснастить глубокие золотые рудники страны всеми системами вентиляции и охлаждения, необходимыми для безопасной и эффективной добычи руды на протяжении многих миль под землей.
«Изначально в шахте в качестве метода охлаждения использовалась только вентиляция, но по мере увеличения глубины добычи потребовалось механическое охлаждение, чтобы компенсировать растущую тепловую нагрузку в шахте», — рассказал изданию IM Теунес Вассерман, руководитель подразделения охлаждения и компрессоров шахт компании Howden.
На многих глубоких золотых рудниках в Южной Африке над и под землей установлены центробежные охладители Freon™, обеспечивающие необходимое охлаждение для персонала и оборудования, работающих под землей.
Несмотря на улучшение статус-кво, система отвода тепла подземной машины оказалась проблемной, поскольку охлаждающая способность машины была ограничена температурой и количеством доступного отработанного воздуха, сказал Вассерман. В то же время качество шахтной воды вызвало сильное загрязнение кожухотрубчатых теплообменников, используемых в этих ранних центробежных охладителях.
Чтобы решить эту проблему, шахты начали закачивать холодный воздух с поверхности в землю. Хотя это увеличивает охлаждающую способность, необходимая инфраструктура занимает место в силосе, а сам процесс является как энергоемким, так и энергозатратным.
Для решения этих проблем шахтеры хотят максимально увеличить объем холодного воздуха, подаваемого на землю с помощью установок водяного охлаждения.
Это побудило Howden внедрить винтовые охладители амино на рудниках в Южной Африке, сначала в тандеме после существующих поверхностных центробежных охладителей. Это привело к ступенчатому изменению количества охлаждающей жидкости, которая может быть подана в эти глубокие подземные золотые рудники, что привело к снижению средней температуры поверхностной воды с 6-8°C до 1°C. Рудник может использовать ту же инфраструктуру трубопроводов шахты, многие из которых уже установлены, при этом значительно увеличивая количество охлаждения, поставляемого в более глубокие слои.
Примерно через 20 лет после появления WRV 510, Howden, ведущий игрок рынка в этой области, разработал WRV 510, большой винтовой компрессор с ротором 510 мм. Это был один из самых больших винтовых компрессоров на рынке в то время и соответствовал размеру холодильного модуля, необходимого для охлаждения глубоких южноафриканских шахт.
«Это меняет правила игры, потому что шахты могут установить один чиллер мощностью 10–12 МВт вместо нескольких чиллеров», — сказал Вассерман. «В то же время аммиак как экологически чистый хладагент хорошо подходит для комбинаций винтовых компрессоров и пластинчатых теплообменников».
Соображения по аммиаку были формализованы в спецификациях и стандартах безопасности для аммиака для горнодобывающей промышленности, причем Howden играл важную роль в процессе проектирования. Они были обновлены и включены в южноафриканское законодательство.
Подтверждением этого успеха является установка более 350 МВт аммиачных холодильных мощностей в горнодобывающей промышленности ЮАР, которая считается крупнейшей в мире.
Но инновации Howden в Южной Африке на этом не остановились: в 1985 году компания добавила поверхностный ледогенератор к своему растущему ассортименту шахтных охладителей.
Поскольку возможности поверхностного и подземного охлаждения максимально используются или считаются слишком дорогими, шахтам необходимы новые решения по охлаждению для дальнейшего расширения добычи на более глубокие горизонты.
Компания Howden установила свою первую установку по производству льда (пример ниже) в 1985 году на шахте EPM (East Rand Proprietary Mine) к востоку от Йоханнесбурга. Ее общая мощность охлаждения составила около 40 МВт, а производительность по льду — 4320 т/ч.
Основой операции является образование льда на поверхности и транспортировка его через шахту к подземной ледяной плотине, где вода из ледяной плотины затем циркулирует в подземных охлаждающих станциях или используется в качестве технической воды для бурения скважин. Затем растаявший лед закачивается обратно на поверхность.
Главным преимуществом этой системы ледогенератора является снижение затрат на перекачку, что снижает эксплуатационные расходы, связанные с системами поверхностного охлаждения воды, примерно на 75-80%. Это сводится к присущей «энергии охлаждения, запасенной в фазовых переходах воды», сказал Вассерман, объяснив, что 1 кг/с льда имеет такую ​​же охлаждающую способность, как 4,5-5 кг/с замороженной воды.
Благодаря «высокой эффективности позиционирования» подземную плотину можно поддерживать на уровне 2–5 °C, что улучшает тепловые характеристики подземной станции воздушного охлаждения, что также максимально увеличивает охлаждающую способность.
Еще одним преимуществом особой актуальности ледяной электростанции в Южной Африке, стране, известной своей нестабильной электросетью, является возможность использования системы в качестве метода хранения тепла, при котором лед создается и накапливается в подземных ледяных плотинах и в пиковые периоды.
Последнее преимущество привело к разработке проекта отраслевого партнерства, поддерживаемого Eskom, в рамках которого Howden изучает возможность использования льдогенераторов для снижения пикового спроса на электроэнергию, проводя испытания в Мпоненге и Моаб-Хотсонге, самых глубоких подземных шахтах в мире.
«Мы замораживали плотину ночью (после работы) и использовали воду и растопленный лед в качестве источника охлаждения для шахты в часы пик», — пояснил Вассерман. «Базовые охлаждающие установки отключаются в часы пик, что снижает нагрузку на сеть».
Это привело к разработке готовой к эксплуатации льдогенератора в Мпоненге, где Howden выполнила работы, включая поставку строительного, электрического и механического оборудования для льдогенератора мощностью 12 МВт и производительностью 120 т/ч.
Недавние дополнения к стратегии охлаждения ядра шахты Мпоненг включают мягкий лед, поверхностную охлажденную воду, поверхностные воздушные охладители (BAC) и подземную систему охлаждения. наличие в шахтных водах повышенных концентраций растворенных солей и хлоридов во время работы.
По его словам, богатый опыт Южной Африки и ориентация на решения, а не только на продукты, продолжают трансформировать системы охлаждения по всему миру.
Как отметил Вассерман, поскольку шахты становятся все глубже и занимают все больше места, подобные решения можно легко найти и в других частях света.
Мейнхардт сказал: «Howden экспортирует свою технологию охлаждения глубоких шахт в Южную Африку на протяжении десятилетий. Например, мы поставляли решения по охлаждению шахт для подземных золотых рудников в Неваде еще в 1990-х годах.
«Интересной технологией, используемой в некоторых южноафриканских шахтах, является хранение термического льда для передачи нагрузки — тепловая энергия хранится в больших ледяных плотинах. Лед производится в часы пик и используется в часы пик», — сказал он. «Традиционно холодильные установки рассчитаны на максимальную температуру окружающей среды, которая может достигать трех часов в день в летние месяцы. Однако, если у вас есть возможность хранить энергию охлаждения, вы можете уменьшить эту мощность».
«Если у вас есть план с довольно высокой пиковой ставкой и вы хотите перейти на более низкие ставки в непиковые периоды, эти решения по производству льда могут стать сильным бизнес-кейсом», — сказал он. «Первоначальный капитал для завода может компенсировать более низкие эксплуатационные расходы».
В то же время BAC, который десятилетиями использовался на рудниках Южной Африки, приобретает все большее глобальное значение.
По сравнению с традиционными конструкциями BAC, последнее поколение BAC имеет более высокую тепловую эффективность, чем их предшественники, более низкие пределы температуры воздуха в шахте и меньшую площадь. Они также интегрируют модуль охлаждения по требованию (CoD) в платформу Howden Ventsim CONTROL, которая автоматически регулирует температуру воздуха в воротнике в соответствии с потребностями подземных вод.
За последний год компания Howden поставила три BAC нового поколения клиентам в Бразилии и Буркина-Фасо.
Компания также способна разрабатывать индивидуальные решения для сложных условий эксплуатации; недавним примером является «уникальная» установка аммиачных охладителей BAC для компании OZ Minerals на руднике Каррапатина в Южной Австралии.
«Howden установили сухие конденсаторы с аммиачными компрессорами Howden и сухими воздухоохладителями замкнутого цикла в Австралии при отсутствии доступной воды», — сказал Вассерман об установке. «Учитывая, что это «сухая» установка, а не открытые распылительные охладители, установленные в системах водоснабжения, эти охладители рассчитаны на максимальную эффективность».
В настоящее время компания тестирует решение для мониторинга работоспособности наземной установки BAC мощностью 8 МВт (на фото ниже), спроектированной и построенной на серебряном руднике Yaramoko Fortuna (ранее Roxgold) в Буркина-Фасо.
Система, контролируемая заводом Howden в Йоханнесбурге, позволяет компании консультировать по вопросам потенциального повышения эффективности и обслуживания, чтобы поддерживать работу завода на оптимальном уровне. Блок BAC на горнодобывающем комплексе Caraiba в Ero Copper, Бразилия, также предназначен для использования этой функции.
Платформа Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) продолжает выстраивать устойчивые отношения с добавленной стоимостью, и в 2021 году компания запустит два технико-экономических обоснования внедрения системы вентиляции по запросу (VoD) в стране.
Прямо на границе с Зимбабве компания работает над проектом, который позволит использовать функцию видео по запросу для автоматических дверей в подземных шахтах, что позволит им открываться с разными интервалами и обеспечивать необходимое количество охлаждающего воздуха в зависимости от конкретных потребностей транспортного средства.
Эта технологическая разработка, использующая существующую доступную инфраструктуру горнодобывающей промышленности и готовые источники данных, станет важной частью будущих продуктов Howden.
Опыт Howden в Южной Африке: узнайте, как разрабатывать решения по охлаждению для решения проблемы низкого качества воды на глубоких золотых рудниках, как сделать решения максимально энергоэффективными, чтобы избежать проблем с электросетями, и как соответствовать самым строгим требованиям к качеству воздуха. Требования к температуре и охране труда во всем мире Регулирование — продолжит приносить пользу рудникам по всему миру.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Беркхэмстед, Хартфордшир, Англия HP4 2AF, Великобритания