Шахта з кожним роком стає глибшою – на 30 м, згідно з галузевими звітами.
Зі збільшенням глибини зростає потреба у вентиляції та охолодженні, і Howden знає це з досвіду роботи з найглибшими шахтами Південної Африки.
Компанію Howden було засновано в 1854 році Джеймсом Хоуденом у Шотландії як компанію з морського машинобудування, а в 1950-х роках компанія вийшла на ринок Південної Африки для задоволення потреб гірничодобувної та енергетичної промисловості. До 1960-х років компанія допомогла обладнати глибоководні золотодобувні шахти країни всіма системами вентиляції та охолодження, необхідними для безпечного та ефективного видобутку руди на глибині кількох кілометрів під землею.
«Спочатку на шахті як метод охолодження використовувалася лише вентиляція, але зі збільшенням глибини видобутку знадобилося механічне охолодження, щоб компенсувати зростаюче теплове навантаження в шахті», – розповів IM Теунес Вассерман, керівник відділу шахтного охолодження та компресорів Howden.
На багатьох глибоких золотих копальнях у Південній Африці встановлено відцентрові охолоджувачі Freon™ над і під землею для забезпечення необхідного охолодження підземного персоналу та обладнання.
Незважаючи на покращення поточного стану речей, система тепловіддачі підземної машини виявилася проблематичною, оскільки її охолоджувальна здатність обмежувалася температурою та кількістю доступного відпрацьованого повітря, сказав Вассерман. Водночас якість шахтної води спричиняла серйозне забруднення кожухотрубних теплообмінників, що використовувалися в цих ранніх відцентрових чилерах.
Щоб вирішити цю проблему, шахти почали закачувати холодне повітря з поверхні на землю. Хоча це збільшує охолоджувальну здатність, необхідна інфраструктура займає місце в силосі, а процес є енергоємним та енергоємним.
Щоб вирішити ці проблеми, шахти прагнуть максимізувати кількість холодного повітря, що подається на землю через агрегати з охолодженою водою.
Це спонукало Howden впровадити аміно-гвинтові охолоджувачі на шахтах Південної Африки, першими в тандемі після існуючих поверхневих відцентрових охолоджувачів. Це призвело до різкої зміни кількості охолоджувальної рідини, яка може подаватись до цих глибоких підземних золотих шахт, що призвело до зниження середньої температури поверхневих вод з 6-8°C до 1°C. Шахта може використовувати ту саму інфраструктуру шахтних трубопроводів, багато з яких вже встановлені, водночас значно збільшуючи кількість охолоджувальної рідини, що подається до глибших шарів.
Приблизно через 20 років після появи WRV 510, компанія Howden, провідний гравець на ринку в цій галузі, розробила WRV 510, великий блочний гвинтовий компресор з ротором 510 мм. На той час це був один з найбільших гвинтових компресорів на ринку та відповідав розміру модуля чилера, необхідного для охолодження глибоких південноафриканських шахт.
«Це кардинально змінює правила гри, оскільки шахти можуть встановити один чилер потужністю 10-12 МВт замість кількох», – сказав Вассерман. «Водночас, аміак як екологічно чистий холодоагент добре підходить для комбінацій гвинтових компресорів та пластинчастих теплообмінників».
Аміачні міркування були формалізовані у специфікаціях та стандартах безпеки для аміаку для гірничодобувної промисловості, причому Howden відіграла важливу роль у процесі проектування. Вони були оновлені та включені до законодавства Південної Африки.
Цей успіх підтверджується встановленням понад 350 МВт аміачних холодильних потужностей гірничодобувною промисловістю Південної Африки, яка вважається найбільшою у світі.
Але інновації Howden у Південній Африці на цьому не зупинилися: у 1985 році компанія додала поверхневий льодогенератор до свого зростаючого асортименту шахтних охолоджувачів.
Оскільки варіанти наземного та підземного охолодження використовуються максимально широко або вважаються занадто дорогими, шахти потребують нового рішення для охолодження, щоб ще більше розширити видобуток на глибші рівні.
Компанія Howden встановила свою першу льодогенераційну установку (приклад нижче) у 1985 році на шахті EPM (East Rand Proprietary Mine) на схід від Йоганнесбурга, загальна холодопродуктивність якої становить близько 40 МВт, а льодопродуктивність – 4320 т/год.
Основою операції є формування льоду на поверхні та транспортування його через шахту до підземної крижаної дамби, звідки вода з крижаної дамби циркулює в підземних охолоджувальних станціях або використовується як технічна вода для буріння свердловин. Розплавлений лід потім відкачується назад на поверхню.
Головною перевагою цієї системи льодогенератора є зниження витрат на перекачування, що зменшує експлуатаційні витрати, пов'язані з системами поверхневого охолодження води, приблизно на 75-80%. Це зводиться до властивої «енергії охолодження, що зберігається у фазових переходах води», сказав Вассерман, пояснюючи, що 1 кг/с льоду має таку ж охолоджувальну здатність, як 4,5-5 кг/с замерзлої води.
Завдяки «вищій ефективності позиціонування», підземну дамбу можна підтримувати на рівні 2-5°C для покращення теплової продуктивності підземної станції охолодження повітря, що знову ж таки максимізує охолоджувальну здатність.
Ще однією перевагою особливої ​​актуальності льодової електростанції в Південній Африці, країні, відомій своєю нестабільною енергомережею, є здатність системи використовуватися як метод акумулювання тепла, де лід створюється та накопичується в підземних крижаних дамбах та в періоди пікового навантаження.
Остання перевага призвела до розробки партнерського проєкту з галузі за підтримки Eskom, в рамках якого Howden досліджує використання льодогенераторів для зниження пікового попиту на електроенергію, проводячи тестові випробування в Mponeng та Moab Hotsong, найглибших підземних шахтах світу.
«Ми заморожували дамбу вночі (після робочого часу) і використовували воду та розтоплений лід як джерело охолодження шахти в години пік», – пояснив Вассерман. «Базові охолоджувальні установки вимикаються в періоди пікового навантаження, що зменшує навантаження на мережу».
Це призвело до розробки готової льодогенераторної установки в Мпонензі, де компанія Howden виконала роботи, включаючи будівельне, електричне та механічне обладнання для льодогенератора потужністю 12 МВт та продуктивністю 120 т/год.
Нещодавні доповнення до стратегії охолодження основної частини Mponeng включають м'який лід, поверхневу охолоджену воду, поверхневі повітряні охолоджувачі (ППО) та підземну систему охолодження. Наявність у шахтних водах підвищених концентрацій розчинених солей і хлоридів під час роботи.
Багатий досвід Південної Африки та її зосередженість на рішеннях, а не лише на продуктах, продовжують трансформувати холодильні системи в усьому світі, каже він.
Як зазначав Вассерман, оскільки дедалі більше шахт заглиблюються та займають більше місця в шахтах, легко побачити подібні рішення в інших частинах світу.
Майнхардт сказав: «Howden експортує свою технологію глибокого охолодження шахт до Південної Африки вже десятиліттями. Наприклад, ми постачали рішення для охолодження шахт для підземних золотих копалень у Неваді ще в 1990-х роках».
«Цікава технологія, що використовується на деяких південноафриканських шахтах, — це зберігання термічного льоду для передачі навантаження — теплова енергія зберігається у великих крижаних дамбах. Лід виробляється в години пік і використовується в години пік», — сказав він. «Традиційно холодильні установки розраховані на максимальну температуру навколишнього середовища, яка може досягати трьох годин на день протягом літніх місяців. Однак, якщо у вас є можливість зберігати холодильну енергію, ви можете зменшити цю потужність».
«Якщо у вас є план із досить високим піковим тарифом і ви хочете перейти на нижчі тарифи в періоди поза піком, ці рішення для виробництва льоду можуть бути вагомим бізнес-обґрунтуванням», – сказав він. «Початковий капітал для установки може компенсувати нижчі експлуатаційні витрати».
Водночас, BAC, який використовується на південноафриканських шахтах протягом десятиліть, набуває дедалі більшого глобального значення.
Порівняно з традиційними конструкціями BAC, BAC останнього покоління мають вищу теплову ефективність, ніж їхні попередники, нижчі граничні значення температури шахтного повітря та меншу займану площу. Вони також інтегрують модуль охолодження на вимогу (CoD) у платформу Howden Ventsim CONTROL, який автоматично регулює температуру повітря в комірці відповідно до потреб підземних шарів.
Протягом минулого року компанія Howden поставила три системи автоматизації повітря (BAC) нового покоління клієнтам у Бразилії та Буркіна-Фасо.
Компанія також здатна виробляти індивідуальні рішення для складних умов експлуатації; нещодавнім прикладом є «унікальна» установка аміачних охолоджувачів BAC для OZ Minerals на шахті Carrapateena у Південній Австралії.
«Компанія Howden встановила в Австралії сухі конденсатори з аміачними компресорами Howden та замкнутими сухими повітряними охолоджувачами через відсутність доступної води», – сказав Вассерман про установку. «Враховуючи, що це «суха» установка, а не відкриті розпилювальні охолоджувачі, встановлені у водяних системах, ці охолоджувачі розроблені для максимальної ефективності».
Наразі компанія тестує рішення для моніторингу безперебійної роботи наземної електростанції BAC потужністю 8 МВт (зображена нижче), спроектованої та побудованої на шахті Yaramoko Fortuna Silver (раніше Roxgold) у Буркіна-Фасо.
Система, якою керує завод Howden у Йоганнесбурзі, дозволяє компанії консультувати щодо потенційних покращень ефективності та технічного обслуговування, щоб завод працював оптимально. Блок BAC на гірничодобувному комплексі Caraiba в Ero Copper, Бразилія, також розроблений для використання цієї функції.
Платформа Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) продовжує будувати стійкі відносини з доданою вартістю, і компанія запустить два техніко-економічні дослідження вентиляції на вимогу (VoD) у країні у 2021 році.
Прямо на кордоні із Зімбабве компанія працює над проєктом, який забезпечить відео на вимогу для автоматичних дверей у підземних шахтах, дозволяючи їм відкриватися з різними інтервалами та забезпечувати саме ту кількість охолоджувального повітря, яка потрібна залежно від конкретних потреб транспортного засобу.
Ця технологічна розробка, що використовує існуючу доступну інфраструктуру для майнінгу та готові джерела даних, стане важливою частиною майбутніх продуктів Howden.
Досвід Howden у Південній Африці: Дізнайтеся, як розробляти рішення для охолодження, щоб впоратися з низькою якістю води на глибоководних золотодобувних шахтах, як зробити рішення максимально енергоефективними, щоб уникнути проблем з мережею, та як відповідати одним із найсуворіших вимог до якості повітря. Регулювання температури та гігієни праці – продовжуватиме окуповуватися для шахт по всьому світу.
Міжнародне видавництво «Інтернешнл Тейджінґ Тім Паблішінг Лтд», 2 Клерідж Корт, Лоуер Кінгс Роуд, Беркхамстед, Гартфордшир, Англія HP4 2AF, Велика Британія