รายงานของอุตสาหกรรมระบุว่า เหมืองนี้มีความลึกเพิ่มขึ้นทุกปี โดยลึกลงไปประมาณ 30 เมตร
เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น ความต้องการการระบายอากาศและการทำความเย็นก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย และฮาวเดนก็รู้เรื่องนี้จากประสบการณ์ในการทำงานกับเหมืองที่ลึกที่สุดในแอฟริกาใต้
Howden ก่อตั้งขึ้นในปี 1854 โดย James Howden ในสกอตแลนด์ในฐานะบริษัทวิศวกรรมทางทะเล และเข้าสู่แอฟริกาใต้ในช่วงทศวรรษปี 1950 เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมเหมืองแร่และพลังงาน ในช่วงทศวรรษปี 1960 บริษัทได้ช่วยจัดหาระบบระบายอากาศและระบบทำความเย็นที่จำเป็นทั้งหมดให้กับเหมืองทองคำลึกของประเทศ เพื่อให้สามารถสกัดแร่ใต้ดินได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
“ในช่วงแรก เหมืองใช้การระบายอากาศเพื่อระบายความร้อนเท่านั้น แต่เมื่อความลึกในการทำเหมืองเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนด้วยเครื่องจักรเพื่อชดเชยความร้อนที่เพิ่มขึ้นในเหมือง” Teunes Wasserman หัวหน้าฝ่ายการระบายความร้อนและคอมเพรสเซอร์ของเหมือง Howden กล่าวกับ IM
เหมืองทองคำลึกหลายแห่งในแอฟริกาใต้ได้ติดตั้งเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยง Freon™ เหนือและใต้ดินเพื่อให้ความเย็นที่จำเป็นสำหรับบุคลากรและอุปกรณ์ใต้ดิน
แม้ว่าสถานะเดิมจะดีขึ้น แต่ระบบระบายความร้อนของเครื่องจักรใต้ดินกลับมีปัญหา เนื่องจากความสามารถในการทำความเย็นของเครื่องจักรถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิและปริมาณอากาศเสียที่ระบายออกได้ วาสเซอร์แมนกล่าว ในเวลาเดียวกัน คุณภาพน้ำจากเหมืองยังทำให้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงรุ่นแรกๆ เกิดการปนเปื้อนอย่างรุนแรง
เพื่อแก้ปัญหานี้ เหมืองจึงเริ่มสูบอากาศเย็นจากผิวดินขึ้นสู่พื้นดิน แม้จะช่วยเพิ่มความสามารถในการทำความเย็น แต่โครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นก็ใช้พื้นที่ในไซโล และกระบวนการนี้ต้องใช้ทั้งพลังงานและพลังงานจำนวนมาก
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เหมืองแร่ต้องการเพิ่มปริมาณอากาศเย็นที่ส่งมายังพื้นดินผ่านระบบน้ำเย็นให้ได้มากที่สุด
สิ่งนี้ทำให้ Howden ตัดสินใจนำเครื่องทำความเย็นแบบสกรูอะมิโนมาใช้ในเหมืองทองคำในแอฟริกาใต้ โดยเป็นเครื่องแรกที่ใช้ควบคู่กับเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงผิวดินที่มีอยู่ ส่งผลให้ปริมาณสารทำความเย็นที่จ่ายไปยังเหมืองทองคำใต้ดินเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ส่งผลให้อุณหภูมิของน้ำผิวดินโดยเฉลี่ยลดลงจาก 6-8°C เหลือ 1°C เหมืองสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานท่อส่งน้ำเหมืองแบบเดียวกันได้ ซึ่งส่วนใหญ่มีการติดตั้งไว้แล้ว ขณะเดียวกันก็เพิ่มปริมาณสารทำความเย็นที่ส่งไปยังชั้นที่ลึกกว่าได้อย่างมาก
ประมาณ 20 ปีหลังจากการเปิดตัว WRV 510 บริษัท Howden ซึ่งเป็นผู้เล่นชั้นนำในตลาด ได้พัฒนา WRV 510 ซึ่งเป็นคอมเพรสเซอร์สกรูบล็อกใหญ่ที่มีโรเตอร์ขนาด 510 มม. โดยถือเป็นคอมเพรสเซอร์สกรูตัวใหญ่ที่สุดตัวหนึ่งในตลาดในขณะนั้น และมีขนาดโมดูลทำความเย็นที่พอเหมาะกับความต้องการในการทำความเย็นเหมืองลึกในแอฟริกาใต้
“นี่คือตัวเปลี่ยนเกม เพราะเหมืองแร่สามารถติดตั้งเครื่องทำความเย็นขนาด 10-12 เมกะวัตต์เพียงเครื่องเดียวแทนที่จะติดตั้งหลายเครื่องพร้อมกัน” วาสเซอร์แมนกล่าว “ในเวลาเดียวกัน แอมโมเนียซึ่งเป็นสารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้คอมเพรสเซอร์แบบสกรูและตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นร่วมกัน”
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับแอมโมเนียได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการในข้อกำหนดและมาตรฐานความปลอดภัยของแอมโมเนียสำหรับอุตสาหกรรมเหมืองแร่ โดยฮาวเดนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการออกแบบ ข้อควรพิจารณาดังกล่าวได้รับการปรับปรุงและรวมเข้าไว้ในกฎหมายของแอฟริกาใต้แล้ว
ความสำเร็จนี้ได้รับการพิสูจน์จากการติดตั้งระบบทำความเย็นแอมโมเนียที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 350 เมกะวัตต์โดยอุตสาหกรรมเหมืองแร่ของแอฟริกาใต้ ซึ่งถือเป็นอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลก
แต่การสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ ของ Howden ในแอฟริกาใต้ไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น ในปี 1985 บริษัทได้เพิ่มเครื่องทำน้ำแข็งผิวดินเข้าในกลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องทำความเย็นในเหมืองแร่ที่เพิ่มมากขึ้น
เนื่องจากตัวเลือกการทำความเย็นบนผิวดินและใต้ดินมีการใช้อย่างเต็มประสิทธิภาพแล้วหรือถือว่ามีราคาแพงเกินไป เหมืองแร่จึงจำเป็นต้องใช้โซลูชันการทำความเย็นรูปแบบใหม่เพื่อขยายการทำเหมืองให้ลึกลงไปอีก
Howden ได้ติดตั้งโรงงานผลิตน้ำแข็งแห่งแรก (ตัวอย่างด้านล่าง) ในปี พ.ศ. 2528 ที่ EPM (เหมือง East Rand Proprietary Mine) ทางตะวันออกของโจฮันเนสเบิร์ก ซึ่งมีกำลังการทำความเย็นรวมขั้นสุดท้ายประมาณ 40 เมกะวัตต์ และกำลังการทำความเย็นน้ำแข็ง 4,320 ตัน/ชม.
พื้นฐานของการดำเนินการคือการก่อตัวของน้ำแข็งบนพื้นผิวและส่งผ่านเหมืองไปยังเขื่อนน้ำแข็งใต้ดิน ซึ่งน้ำจากเขื่อนน้ำแข็งจะถูกหมุนเวียนในสถานีระบายความร้อนใต้ดินหรือใช้เป็นน้ำสำหรับกระบวนการขุดเจาะบ่อน้ำ จากนั้นน้ำแข็งที่ละลายแล้วจะถูกสูบกลับขึ้นสู่พื้นผิว
ประโยชน์หลักของระบบเครื่องทำน้ำแข็งนี้คือต้นทุนการสูบน้ำที่ลดลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับระบบน้ำเย็นผิวดินได้ประมาณ 75-80% วาสเซอร์แมนกล่าวว่าพลังงานความเย็นที่สะสมอยู่ในสถานะการเปลี่ยนสถานะของน้ำนั้นมีอยู่โดยธรรมชาติ โดยอธิบายว่าน้ำแข็ง 1 กิโลกรัมต่อวินาทีมีความสามารถในการทำความเย็นเท่ากับน้ำแข็ง 4.5-5 กิโลกรัมต่อวินาที
เนื่องจาก “ประสิทธิภาพในการวางตำแหน่งที่เหนือกว่า” จึงสามารถรักษาระดับอุณหภูมิของเขื่อนใต้ดินไว้ที่ 2-5°C เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อนของสถานีระบายความร้อนด้วยอากาศใต้ดินได้ จึงทำให้ความสามารถในการทำความเย็นสูงสุดอีกครั้ง
ข้อดีอีกประการของความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแข็งในแอฟริกาใต้ ซึ่งเป็นประเทศที่รู้จักกันว่ามีโครงข่ายไฟฟ้าที่ไม่เสถียร ก็คือความสามารถของระบบที่สามารถใช้เป็นวิธีการกักเก็บความร้อนได้ โดยน้ำแข็งจะถูกสร้างขึ้นและสะสมในเขื่อนน้ำแข็งใต้ดินและในช่วงเวลาสูงสุด
ประโยชน์หลังนี้ทำให้เกิดการพัฒนาโครงการพันธมิตรอุตสาหกรรมที่ได้รับการสนับสนุนจาก Eskom ซึ่ง Howden กำลังศึกษาการใช้เครื่องทำน้ำแข็งเพื่อลดความต้องการไฟฟ้าสูงสุด โดยมีกรณีทดสอบที่ Mponeng และ Moab Hotsong ซึ่งเป็นเหมืองใต้ดินที่ลึกที่สุดในโลก
“เราแช่แข็งเขื่อนในเวลากลางคืน (หลังเวลาทำงาน) และใช้น้ำและน้ำแข็งที่ละลายเป็นแหล่งทำความเย็นสำหรับเหมืองในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน” วาสเซอร์แมนอธิบาย “หน่วยทำความเย็นฐานจะถูกปิดในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน ซึ่งจะช่วยลดภาระของระบบไฟฟ้า”
สิ่งนี้ทำให้เกิดการพัฒนาเครื่องทำน้ำแข็งแบบครบวงจรที่ Mponeng โดยที่ Howden ดำเนินงานเสร็จสิ้นแล้ว รวมทั้งอุปกรณ์โยธา ไฟฟ้า และเครื่องกลสำหรับเครื่องทำน้ำแข็งขนาด 12 เมกะวัตต์ กำลังการผลิต 120 ตัน/ชม.
การเพิ่มล่าสุดในกลยุทธ์การทำความเย็นหลักของ Mponeng ได้แก่ น้ำแข็งอ่อน น้ำเย็นผิวดิน เครื่องทำความเย็นอากาศผิวดิน (BAC) และระบบทำความเย็นใต้ดิน โดยการมีอยู่ของเกลือละลายและคลอไรด์ที่มีความเข้มข้นสูงในน้ำแร่ระหว่างการทำงาน
ประสบการณ์อันมากมายของแอฟริกาใต้และการมุ่งเน้นที่โซลูชัน ไม่ใช่เพียงแค่ผลิตภัณฑ์ ยังคงช่วยเปลี่ยนแปลงระบบทำความเย็นทั่วโลก เขากล่าว
ดังที่ Wasserman ได้กล่าวไว้ เนื่องจากมีเหมืองจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ที่สร้างให้ลึกลงไปและมีพื้นที่ในเหมืองมากขึ้น จึงง่ายที่จะมองเห็นแนวทางแก้ไขเช่นนี้ในส่วนอื่นๆ ของโลก
Meinhardt กล่าวว่า “Howden ส่งออกเทคโนโลยีระบายความร้อนในเหมืองลึกไปยังแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษ ตัวอย่างเช่น เราจัดหาโซลูชันระบายความร้อนในเหมืองสำหรับเหมืองทองคำใต้ดินในเนวาดาเมื่อช่วงทศวรรษ 1990
“เทคโนโลยีที่น่าสนใจที่ใช้ในเหมืองบางแห่งในแอฟริกาใต้คือการจัดเก็บน้ำแข็งเพื่อถ่ายเทพลังงานความร้อน โดยพลังงานความร้อนจะถูกเก็บไว้ในเขื่อนน้ำแข็งขนาดใหญ่ น้ำแข็งจะถูกผลิตขึ้นในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนและนำไปใช้งานในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน” เขากล่าว “โดยปกติแล้ว เครื่องทำความเย็นได้รับการออกแบบให้มีอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดที่สามารถถึงสามชั่วโมงต่อวันในช่วงฤดูร้อน อย่างไรก็ตาม หากคุณมีความสามารถในการจัดเก็บพลังงานความเย็น คุณก็สามารถลดความจุนั้นลงได้”
“หากคุณมีแผนงานที่มีอัตราค่าไฟสูงสุดค่อนข้างสูงและต้องการอัปเกรดเป็นอัตราค่าไฟที่ถูกกว่าในช่วงนอกชั่วโมงเร่งด่วน โซลูชันการทำน้ำแข็งเหล่านี้อาจเป็นเหตุผลทางธุรกิจที่ดีได้” เขากล่าว “เงินทุนเริ่มต้นสำหรับโรงงานสามารถชดเชยต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลงได้”
ในเวลาเดียวกัน BAC ซึ่งใช้ในเหมืองในแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษ กำลังได้รับความสำคัญในระดับโลกเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ
เมื่อเทียบกับการออกแบบ BAC แบบดั้งเดิมแล้ว BAC รุ่นล่าสุดจะมีประสิทธิภาพความร้อนสูงกว่ารุ่นก่อนๆ มีขีดจำกัดอุณหภูมิอากาศในเหมืองที่ต่ำกว่า และใช้พื้นที่น้อยกว่า นอกจากนี้ ยังผสานโมดูลระบายความร้อนตามความต้องการ (CoD) เข้ากับแพลตฟอร์ม Howden Ventsim CONTROL ซึ่งปรับอุณหภูมิอากาศในปลอกคอให้ตรงกับความต้องการใต้ผิวดินโดยอัตโนมัติ
ในช่วงปีที่ผ่านมา Howden ได้ส่งมอบ BAC รุ่นใหม่สามรุ่นให้แก่ลูกค้าในบราซิลและบูร์กินาฟาโซ
บริษัทสามารถผลิตโซลูชันที่กำหนดเองสำหรับสภาวะการทำงานที่ยากลำบากได้เช่นกัน ตัวอย่างล่าสุดคือการติดตั้งเครื่องทำความเย็นแอมโมเนีย BAC แบบ "เฉพาะ" สำหรับบริษัท OZ Minerals ที่เหมือง Carrapateena ในออสเตรเลียใต้
“Howden ติดตั้งคอนเดนเซอร์แห้งพร้อมคอมเพรสเซอร์แอมโมเนียของ Howden และเครื่องทำความเย็นอากาศแห้งแบบวงจรปิดในออสเตรเลียในกรณีที่ไม่มีน้ำ” Wasserman กล่าวถึงการติดตั้งดังกล่าว “เนื่องจากนี่เป็นการติดตั้งแบบ 'แห้ง' และไม่ใช่เครื่องทำความเย็นแบบสเปรย์เปิดที่ติดตั้งในระบบน้ำ เครื่องทำความเย็นเหล่านี้จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด”
ขณะนี้บริษัทกำลังทดสอบโซลูชันการตรวจสอบการทำงานอย่างต่อเนื่องสำหรับโรงไฟฟ้า BAC บนบกขนาด 8 เมกะวัตต์ (ภาพด้านล่าง) ที่ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นที่เหมือง Yaramoko Fortuna Silver (เดิมชื่อ Roxgold) ในประเทศบูร์กินาฟาโซ
ระบบที่ควบคุมโดยโรงงาน Howden ในโจฮันเนสเบิร์ก ช่วยให้บริษัทสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพและการบำรุงรักษาที่เป็นไปได้เพื่อให้โรงงานทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ หน่วย BAC ที่เหมือง Caraiba ในเมือง Ero Copper ประเทศบราซิลได้รับการออกแบบมาให้ใช้คุณลักษณะนี้เช่นกัน
แพลตฟอร์ม Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) ยังคงสร้างความสัมพันธ์ที่สร้างมูลค่าเพิ่มอย่างยั่งยืน และบริษัทจะเปิดตัวการศึกษาความเป็นไปได้ของการระบายอากาศตามความต้องการ (VoD) สองรายการในประเทศในปี 2021
บริษัทแห่งนี้กำลังดำเนินโครงการที่สามารถติดตั้งระบบวิดีโอออนดีมานด์สำหรับประตูอัตโนมัติในเหมืองใต้ดิน โดยสามารถเปิดได้ในช่วงเวลาต่างๆ กัน และจ่ายลมเย็นในปริมาณที่พอเหมาะตามความต้องการเฉพาะของยานพาหนะ โดยที่บริเวณชายแดนซิมบับเว
การพัฒนาเทคโนโลยีนี้โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานการขุดที่มีอยู่และแหล่งข้อมูลสำเร็จรูปจะเป็นส่วนสำคัญของผลิตภัณฑ์ในอนาคตของ Howden
ประสบการณ์ของ Howden ในแอฟริกาใต้: เรียนรู้วิธีการออกแบบโซลูชันการทำความเย็นเพื่อจัดการกับคุณภาพน้ำที่แย่ในเหมืองทองคำอันลึก วิธีการสร้างโซลูชันที่มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานมากที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาด้านโครงข่ายไฟฟ้า และวิธีการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านคุณภาพอากาศที่เข้มงวดที่สุดบางประการ ข้อกำหนดด้านอุณหภูมิและอาชีวอนามัยทั่วโลก กฎระเบียบ – จะยังคงให้ผลตอบแทนกับเหมืองแร่ทั่วโลก
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire ประเทศอังกฤษ HP4 2AF สหราชอาณาจักร