З кожним роком шахта стає все глибшою – на 30 м, за даними галузі.
Із збільшенням глибини зростає потреба у вентиляції та охолодженні, і Хоуден знає це з досвіду роботи з найглибшими шахтами Південної Африки.
Howden була заснована в 1854 році Джеймсом Хоуденом у Шотландії як морська інженерна компанія, а в Південній Африці з’явилася в 1950-х роках, щоб обслуговувати потреби гірничодобувної та енергетичної промисловості.До 1960-х років компанія допомогла обладнати глибокі золоті копальні країни всіма системами вентиляції та охолодження, необхідними для безпечного й ефективного видобутку руди під землею.
«Спочатку в шахті використовувалася лише вентиляція як метод охолодження, але зі збільшенням глибини видобутку виникла потреба в механічному охолодженні, щоб компенсувати зростаюче теплове навантаження в шахті», — сказав IM Теунес Вассерман, керівник відділу шахтного охолодження та компресорів Howden.
Багато глибоких золотих копалень у Південній Африці встановили відцентрові охолоджувачі Freon™ над і під землею, щоб забезпечити необхідне охолодження підземного персоналу та обладнання.
Незважаючи на покращення статус-кво, система відведення тепла підземної машини виявилася проблематичною, оскільки потужність охолодження машини була обмежена температурою та кількістю доступного відпрацьованого повітря, сказав Вассерман.У той же час якість шахтної води спричинила серйозне забруднення кожухотрубних теплообмінників, які використовувалися в цих ранніх відцентрових холодильних машинах.
Щоб вирішити цю проблему, шахти почали перекачувати холодне повітря з поверхні на землю.Незважаючи на те, що це збільшує потужність охолодження, необхідна інфраструктура займає місце в силосі, а процес є енергоємним і енергоємним.
Щоб вирішити ці проблеми, шахти хочуть максимізувати кількість холодного повітря, що подається на землю через установки з охолодженою водою.
Це спонукало Howden запровадити аміношнекові охолоджувачі на шахтах у Південній Африці, спочатку в тандемі після існуючих поверхневих відцентрових охолоджувачів.Це призвело до ступінчастої зміни кількості теплоносія, який можна подавати до цих глибоко підземних золотих копалень, що призвело до зниження середньої температури води на поверхні з 6-8°C до 1°C.Шахта може використовувати ту саму інфраструктуру шахтних трубопроводів, багато з яких уже встановлено, при цьому значно збільшуючи кількість охолодження, що доставляється до більш глибоких шарів.
Приблизно через 20 років після появи WRV 510 компанія Howden, провідний гравець на ринку, розробила WRV 510, великий блочний гвинтовий компресор з ротором 510 мм.Це був один із найбільших гвинтових компресорів на ринку на той час і відповідав розміру холодильного модуля, необхідного для охолодження цих глибоких південноафриканських шахт.
«Це змінює правила гри, тому що на шахтах можна встановити один охолоджувач потужністю 10-12 МВт замість групи охолоджувачів», — сказав Вассерман.«У той же час аміак як зелений холодоагент добре підходить для комбінацій гвинтових компресорів і пластинчастих теплообмінників».
Питання щодо аміаку були формалізовані в специфікаціях і стандартах безпеки для аміаку для гірничодобувної промисловості, причому Howden відігравав 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 машину для поверхневого льоду до свого зростаючого асортименту шахтних охолоджувачів.
Оскільки варіанти наземного та підземного охолодження максимізуються або вважаються занадто дорогими, шахти потребують нового рішення для охолодження для подальшого розширення видобутку на більш глибоких рівнях.
Howden встановив свою першу установку з виробництва льоду (приклад нижче) у 1985 році на EPM (East Rand Proprietary Mine) на схід від Йоганнесбурга, яка має остаточну загальну потужність охолодження приблизно 40 МВт і продуктивність льоду 4320 т/год.
Основою роботи є утворення льоду на поверхні та транспортування його через шахту до підземної крижаної дамби, де вода з крижаної дамби потім циркулює в підземних охолоджуючих станціях або використовується як технічна вода для буріння свердловин.Потім розталий лід викачується назад на поверхню.
Основною перевагою цієї системи льодогенератора є зниження витрат на перекачування, що зменшує експлуатаційні витрати, пов’язані з системами поверхневого охолодження, приблизно на 75-80%.Це зводиться до внутрішньої «енергії охолодження, що зберігається у фазових переходах води», — сказав Вассерман, пояснивши, що 1 кг/с льоду має таку ж охолоджуючу здатність, як 4,5-5 кг/с замерзлої води.
Завдяки «вищій ефективності позиціонування» підземну дамбу можна підтримувати на рівні 2-5°C, щоб покращити теплові характеристики підземної станції охолодження повітря, знову ж таки максимізуючи потужність охолодження.
Ще однією перевагою особливої ​​актуальності крижаної електростанції в Південній Африці, країні, відомій своєю нестабільною електромережею, є здатність системи використовуватися як метод накопичення тепла, де лід створюється та накопичується в підземних крижаних дамбах і в періоди пікового навантаження..
Остання перевага призвела до розробки галузевого партнерського проекту за підтримки Eskom, у рамках якого Howden досліджує використання льодогенераторів для зниження пікового попиту на електроенергію з тестовими прикладами в Mponeng і Moab Hotsong, найглибших підземних шахтах у світі.
«Ми заморожували дамбу вночі (у неробочий час) і використовували воду та талий лід як джерело охолодження шахти в години пік», — пояснив Вассерман.«Базові холодильні агрегати відключаються в періоди пікового навантаження, що зменшує навантаження на мережу».
Це призвело до розробки льодогенератора під ключ у Mponeng, де Howden завершив роботу, включаючи цивільне, електричне та механічне обладнання для льодогенератора потужністю 12 МВт, 120 т/год.
Останні доповнення до основної стратегії охолодження Mponeng включають м’який лід, поверхневу охолоджену воду, поверхневі охолоджувачі повітря (BAC) і підземну систему охолодження.наявність у шахтних водах підвищених концентрацій розчинених солей і хлоридів під час роботи.
Багатий досвід Південної Африки та зосередженість на рішеннях, а не лише на продуктах, продовжує трансформувати системи охолодження в усьому світі, каже він.
Як згадав Вассерман, у міру того, як все більше і більше шахт йде глибше, а в шахтах стає більше місця, легко побачити, що подібні рішення можна знайти в інших частинах світу.
Мейнхардт сказав: «Howden десятиліттями експортував свою технологію глибокого охолодження шахт до Південної Африки.Наприклад, ми постачали рішення для охолодження шахт для підземних золотих копалень у Неваді ще в 1990-х роках.
«Цікава технологія, яка використовується в деяких південноафриканських шахтах, — це зберігання термального 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 в літні місяці може досягати трьох годин на добу.Однак якщо у вас є можливість накопичувати енергію охолодження, ви можете зменшити цю потужність».
«Якщо у вас є план із досить високою піковою ставкою та ви хочете перейти на більш низькі тарифи в періоди непікової навантаження, ці рішення для виробництва льоду можуть стати вагомим бізнес-обґрунтуванням», — сказав він.«Початковий капітал для заводу може компенсувати нижчі експлуатаційні витрати».
У той же час BAC, який десятиліттями використовувався в шахтах Південної Африки, набуває все більшого глобального значення.
Порівняно з традиційними конструкціями BAC, BAC останнього покоління мають вищу термічну ефективність, ніж їхні попередники, нижчі межі температури повітря в шахті та меншу площу.Вони також інтегрують модуль охолодження за вимогою (CoD) у платформу Howden Ventsim CONTROL, який автоматично регулює температуру повітря в бурті відповідно до потреб під поверхнею.
За минулий рік компанія Howden поставила три BAC нового покоління клієнтам у Бразилії та Буркіна-Фасо.
Компанія також може виробляти індивідуальні рішення для складних умов експлуатації;останнім прикладом є «унікальна» установка охолоджувачів аміаку BAC для OZ Minerals на шахті Carrapateena в Південній Австралії.
«Howden встановив сухі конденсатори з аміачними компресорами Howden і охолоджувачами сухого повітря із замкнутим циклом в Австралії за відсутності доступної води», — сказав Вассерман про установку.«З огляду на те, 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 для наземної установки BAC потужністю 8 МВт (на фото нижче), розробленої та побудованої на шахті Yaramoko Fortuna Silver (колишня Roxgold) у Буркіна-Фасо.
Система, керована заводом Howden в Йоганнесбурзі, дозволяє компанії консультувати щодо потенційних покращень ефективності та технічного обслуговування, щоб підтримувати роботу заводу в оптимальному режимі.Установка BAC на гірничодобувному комплексі Caraiba в Ero Copper, Бразилія, також розроблена для використання цієї функції.
Платформа Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) продовжує будувати стійкі відносини з доданою вартістю, і компанія запустить два техніко-економічні обґрунтування Ventilation On Demand (VoD) у країні в 2021 році.
Прямо на кордоні Зімбабве компанія працює над проектом, який увімкне відео на вимогу для автоматичних дверей у підземних шахтах, дозволяючи їм відкриватися з різними інтервалами та забезпечувати потрібну кількість охолоджуючого повітря залежно від конкретних потреб автомобіля.
Ця технологічна розробка з використанням наявної доступної інфраструктури майнінгу та готових джерел даних стане важливою частиною майбутніх продуктів Howden.
Досвід Howden у Південній Африці: дізнайтеся, як розробляти рішення для охолодження, щоб справлятися з низькою якістю води на глибоких золотих копальнях, як зробити рішення максимально ефективними, щоб уникнути проблем з мережею, і як відповідати деяким із найсуворіших вимог до якості повітря.вимоги до температури та гігієни праці в усьому світі Регулювання – продовжуватиме окупатися для шахт у всьому світі.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire England HP4 2AF, UK