Шахта с каждым годом становится все глубже – 30 м, согласно отраслевым отчетам.
По мере увеличения глубины возрастает потребность в вентиляции и охлаждении, и Howden знает это по опыту работы с самыми глубокими шахтами в Южной Африке.
Howden была основана в 1854 году Джеймсом Хауденом в Шотландии как морская инженерная компания и пришла в Южную Африку в 1950-х годах, чтобы обслуживать потребности горнодобывающей и энергетической промышленности.К 1960-м годам компания помогла оборудовать глубокие золотые прииски страны всеми системами вентиляции и охлаждения, необходимыми для безопасной и эффективной добычи руды под землей.
«Изначально в руднике использовалась только вентиляция в качестве метода охлаждения, но по мере увеличения глубины добычи потребовалось механическое охлаждение, чтобы компенсировать растущую тепловую нагрузку в руднике», — сказал IM Теунес Вассерман, руководитель подразделения шахтного охлаждения и компрессоров Howden.
На многих глубоких золотых приисках в Южной Африке установлены центробежные охладители Freon™ над и под землей для обеспечения необходимого охлаждения подземного персонала и оборудования.
По словам Вассермана, несмотря на улучшение статус-кво, система отвода тепла подземной машины оказалась проблематичной, поскольку охлаждающая способность машины была ограничена температурой и количеством доступного отработанного воздуха.В то же время качество шахтной воды вызвало сильное загрязнение кожухотрубных теплообменников, использовавшихся в этих ранних центробежных чиллерах.
Чтобы решить эту проблему, шахты стали откачивать холодный воздух с поверхности на землю.В то время как это увеличивает охлаждающую способность, необходимая инфраструктура занимает место в силосе, а процесс является энергоемким и энергоемким.
Чтобы решить эти проблемы, шахты хотят максимально увеличить количество холодного воздуха, подаваемого на землю через блоки с охлажденной водой.
Это побудило компанию Howden внедрить на шахтах в Южной Африке винтовые охладители с аминогруппой, которые были первыми в тандеме после существующих поверхностных центробежных охладителей.Это привело к ступенчатому изменению количества теплоносителя, которое может быть подведено к этим глубоким подземным золотым рудникам, что привело к снижению средней температуры поверхностных вод с 6-8°С до 1°С.Шахта может использовать ту же инфраструктуру шахтных трубопроводов, многие из которых уже установлены, при этом значительно увеличивая количество охлаждения, доставляемого в более глубокие слои.
Примерно через 20 лет после появления WRV 510 компания Howden, ведущий игрок на рынке в этой области, разработала WRV 510, крупноблочный винтовой компрессор с ротором диаметром 510 мм.В то время это был один из самых больших винтовых компрессоров на рынке, и он соответствовал размеру холодильного модуля, необходимого для охлаждения глубоких шахт в Южной Африке.
«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, касающиеся аммиака, были формализованы в спецификациях и стандартах безопасности для аммиака для горнодобывающей промышленности, при этом компания Howden сыграла важную роль в процессе проектирования.Они были обновлены и включены в законодательство Южной Африки.
Об этом успехе свидетельствует установка более 350 МВт аммиачных холодильных мощностей горнодобывающей промышленностью ЮАР, которая считается крупнейшей в мире.
Но инновации Howden в Южной Африке на этом не остановились: в 1985 году компания добавила машину для поверхностного льда к растущему ассортименту шахтных охладителей.
Поскольку варианты поверхностного и подземного охлаждения максимальны или считаются слишком дорогими, шахты нуждаются в новом решении для охлаждения для дальнейшего расширения добычи на более глубокие уровни.
Компания Howden установила свою первую льдогенераторную установку (пример ниже) в 1985 году на шахте EPM (East Rand Proprietary Mine) к востоку от Йоханнесбурга, которая имеет конечную общую холодопроизводительность около 40 МВт и 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 охладительных станциях или используется в качестве технической воды для бурения скважин.Затем растаявший лед выкачивается обратно на поверхность.
Основным преимуществом этой системы льдогенератора является снижение затрат на насосы, что снижает эксплуатационные расходы, связанные с системами поверхностного охлаждения воды, примерно на 75-80%.Это сводится к присущей «охлаждающей энергии, хранящейся в фазовых переходах воды», сказал Вассерман, объяснив, что 1 кг/с льда имеет такую ​​же охлаждающую способность, как 4,5-5 кг/с замерзшей воды.
Благодаря «превосходной эффективности позиционирования» подземная плотина может поддерживаться на уровне 2-5°C, чтобы улучшить тепловые характеристики подземной станции воздушного охлаждения, снова максимально увеличивая холодопроизводительность.
Еще одним преимуществом особой актуальности ледяной электростанции в Южной Африке, стране, известной своей нестабильной электросетью, является возможность использования системы в качестве метода аккумулирования тепла, когда лед создается и накапливается в подземных ледяных дамбах и в пиковые периоды..
Последнее преимущество привело к разработке при поддержке Eskom проекта отраслевого партнерства, в рамках которого Howden исследует возможность использования льдогенераторов для снижения пикового спроса на электроэнергию с помощью тестовых примеров в Мпоненг и Моаб Хотсонг, самых глубоких подземных шахтах в мире.
«Мы заморозили дамбу ночью (в нерабочее время) и использовали воду и талый лед в качестве источника охлаждения шахты в часы пик», — пояснил Вассерман.«Базовые блоки охлаждения отключаются в периоды пиковой нагрузки, что снижает нагрузку на сеть».
Это привело к разработке льдогенератора «под ключ» в Мпоненг, где компания Howden выполнила работы, включая гражданское, электрическое и механическое оборудование для льдогенератора мощностью 12 МВт и 120 т/ч.
Недавние дополнения к стратегии основного охлаждения Mponeng включают мягкий лед, поверхностную охлажденную воду, поверхностные воздухоохладители (BAC) и подземную систему охлаждения.наличие в шахтных водах повышенных концентраций растворенных солей и хлоридов при проведении работ.
По его словам, богатый опыт Южной Африки и сосредоточенность на решениях, а не только на продуктах, продолжают преобразовывать холодильные системы во всем мире.
Как упомянул Вассерман, по мере того, как все больше и больше шахт уходят глубже и в шахтах становится больше места, легко увидеть подобные решения, найденные в других частях мира.
Мейнхардт сказал: «Howden десятилетиями экспортирует свою технологию глубокого охлаждения шахт в Южную Африку.Например, еще в 1990-х годах мы поставляли решения для охлаждения подземных золотых приисков в Неваде.
«Интересной технологией, используемой на некоторых южноафриканских шахтах, является хранение термального льда для передачи нагрузки — тепловая энергия хранится в больших ледяных дамбах.Лед производится в часы пик и используется в часы пик», — сказал он.«Традиционно холодильные установки рассчитаны на максимальную температуру окружающего воздуха, которая может достигать трех часов в сутки в летние месяцы.Однако, если у вас есть возможность хранить энергию охлаждения, вы можете уменьшить эту емкость».
«Если у вас есть план с довольно высокой пиковой скоростью и вы хотите перейти на более дешевые тарифы в непиковые периоды, эти решения для производства льда могут стать сильным бизнес-обоснованием», — сказал он.«Первоначальный капитал завода может компенсировать более низкие эксплуатационные расходы».
В то же время BAC, который десятилетиями использовался на шахтах 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 занимаемую 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 работ.
За последний год компания Howden поставила клиентам в Бразилии и Буркина-Фасо три BAC нового поколения.
Компания также способна производить индивидуальные решения для сложных условий эксплуатации;недавним примером является «уникальная» установка охладителей аммиака BAC для компании OZ Minerals на руднике Carrapateena в Южной Австралии.
«Howden установил сухие конденсаторы с аммиачными компрессорами Howden и сухими воздухоохладителями с замкнутым контуром в Австралии из-за отсутствия доступной воды», — сказал Вассерман об установке.«Учитывая, что это «сухая» установка, а не открытые распылительные охладители, установленные в водяных системах, эти охладители рассчитаны на максимальную эффективность».
В настоящее время компания тестирует решение для мониторинга безотказной работы береговой установки BAC мощностью 8 МВт (на фото ниже), спроектированной и построенной на руднике Yaramoko Fortuna Silver (ранее Roxgold) в Буркина-Фасо.
Система, управляемая заводом Howden в Йоханнесбурге, позволяет компании давать рекомендации по возможному повышению эффективности и техническому обслуживанию, чтобы завод работал в оптимальном режиме.Блок BAC на горнодобывающем комплексе Caraiba в Эро Коппер, Бразилия, также предназначен для использования этой функции.
Платформа Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) продолжает строить устойчивые отношения с добавленной стоимостью, и в 2021 году компания запустит два технико-экономических обоснования Ventilation On Demand (VoD) в стране.
Прямо на зимбабвийской границе компания работает над проектом, который позволит использовать видео по запросу для автоматических дверей в подземных шахтах, что позволит им открываться через различные промежутки времени и обеспечивать необходимое количество охлаждающего воздуха в зависимости от конкретных потребностей транспортного средства.
Развитие этой технологии с использованием существующей доступной инфраструктуры майнинга и готовых источников данных станет важной частью будущих продуктов Howden.
Опыт Howden в Южной Африке: узнайте, как разработать решения для охлаждения, чтобы справиться с плохим качеством воды на его глубоких золотых приисках, как сделать решения максимально энергоэффективными, чтобы избежать проблем с сетью, и как удовлетворить некоторые из самых строгих требований к качеству воздуха.Требования к температуре и гигиене труда во всем мире Регулирование – будет продолжать окупаться для горнодобывающих предприятий по всему миру.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire England HP4 2AF, UK