Мината се задълбочава всяка година – с 30 м, според доклади от индустрията.
С увеличаване на дълбочината се увеличава и нуждата от вентилация и охлаждане, а Howden знае това от опит, работейки с най-дълбоките мини в Южна Африка.
Howden е основана през 1854 г. от Джеймс Хаудън в Шотландия като компания за морско инженерство и навлиза в Южна Африка през 50-те години на миналия век, за да обслужва нуждите на минната и енергийната промишленост. До 60-те години на миналия век компанията помага за оборудването на дълбоките златни мини в страната с всички вентилационни и охладителни системи, необходими за безопасно и ефективно добиване на руда на километри под земята.
„Първоначално мината използваше само вентилация като метод за охлаждане, но с увеличаването на дълбочината на добив се наложи механично охлаждане, за да се компенсира нарастващото топлинно натоварване в мината“, каза пред IM Теунес Васерман, ръководител на отдела за охлаждане и компресори в мината на Howden.
Много дълбоки златни мини в Южна Африка са инсталирали центробежни охладители Freon™ над и под земята, за да осигурят необходимото охлаждане за подземния персонал и оборудване.
Въпреки подобрението на статуквото, системата за разсейване на топлината на подземната машина се оказа проблематична, тъй като охлаждащият капацитет на машината беше ограничен от температурата и количеството наличен отработен въздух, каза Васерман. В същото време качеството на минните води причини сериозно замърсяване на кожухотръбните топлообменници, използвани в тези ранни центробежни охладители.
За да решат този проблем, мините започнали да изпомпват студен въздух от повърхността към земята. Макар че това увеличава охлаждащия капацитет, необходимата инфраструктура заема място в силоза и процесът е едновременно енергоемък и енергоемък.
За да се справят с тези проблеми, мините искат да увеличат максимално количеството студен въздух, подавано към земята чрез агрегати с охладена вода.
Това накара Howden да въведе амино винтови охладители в мини в Южна Африка, първи в тандем след съществуващите повърхностни центробежни охладители. Това доведе до стъпкова промяна в количеството охлаждаща течност, което може да се подава към тези дълбоки подземни златни мини, което доведе до намаляване на средната температура на повърхностните води от 6-8°C на 1°C. Мината може да използва същата инфраструктура от минни тръбопроводи, много от които вече са инсталирани, като същевременно значително увеличи количеството охлаждане, доставяно до по-дълбоките слоеве.
Приблизително 20 години след въвеждането на WRV 510, Howden, водещ играч на пазара в областта, разработи WRV 510, голям блоков винтов компресор с ротор 510 мм. По това време той беше един от най-големите винтови компресори на пазара и отговаряше на размера на охладителния модул, необходим за охлаждане на дълбоките южноафрикански мини.
„Това променя играта, защото мините могат да инсталират един чилър с мощност 10-12 MW вместо няколко“, каза Васерман. „В същото време амонякът като зелен хладилен агент е много подходящ за комбинации от винтови компресори и пластинчати топлообменници.“
Съображенията, свързани с амоняка, бяха формализирани в спецификации и стандарти за безопасност за амоняк за минната промишленост, като Howden играе важна роля в процеса на проектиране. Те бяха актуализирани и включени в южноафриканското законодателство.
Този успех се доказва от инсталирането на над 350 MW амонячен хладилен капацитет от южноафриканската минна индустрия, която се смята за най-голямата в света.
Но иновациите на Howden в Южна Африка не спират дотук: през 1985 г. компанията добавя машина за повърхностен лед към нарастващата си гама от охладители за руда.
Тъй като възможностите за повърхностно и подземно охлаждане се използват максимално или се считат за твърде скъпи, мините се нуждаят от ново решение за охлаждане, за да разширят добива до по-дълбоки нива.
Howden инсталира първата си инсталация за производство на лед (пример по-долу) през 1985 г. в EPM (East Rand Proprietary Mine) източно от Йоханесбург, която има общ охладителен капацитет от около 40 MW и капацитет за производство на лед от 4320 т/ч.
Основата на операцията е образуването на лед на повърхността и транспортирането му през мината до подземен ледоуловител, където водата от ледоуловика циркулира в подземни охладителни станции или се използва като технологична вода за пробиване на кладенци. След това разтопеният лед се изпомпва обратно на повърхността.
Основното предимство на тази система за ледогенератор са намалените разходи за изпомпване, което намалява оперативните разходи, свързани със системите за повърхностно охладена вода, с приблизително 75-80%. Това се свежда до присъщата „охладителна енергия, съхранявана във фазовите преходи на водата“, каза Васерман, обяснявайки, че 1 кг/сек лед има същия охлаждащ капацитет като 4,5-5 кг/сек замръзнала вода.
Благодарение на „превъзходната ефективност на позициониране“, подземният язовир може да се поддържа на 2-5°C, за да се подобрят топлинните характеристики на подземната въздушна охладителна станция, като по този начин се максимизира охлаждащият капацитет.
Друго предимство на особената важност на ледена електроцентрала в Южна Африка, страна, известна с нестабилната си електропреносна мрежа, е способността на системата да се използва като метод за съхранение на топлина, при който ледът се създава и натрупва в подземни ледени язовири и по време на пикови периоди.
Последното предимство доведе до разработването на подкрепен от Eskom проект за индустриално партньорство, в рамките на който Howden проучва използването на ледогенератори за намаляване на пиковото търсене на електроенергия, с тестови случаи в Mponeng и Moab Hotsong, най-дълбоките подземни мини в света.
„Замразихме язовира през нощта (след работно време) и използвахме вода и разтопен лед като източник на охлаждане за мината по време на пиковите часове“, обясни Васерман. „Базовите охладителни агрегати се изключват по време на пиковите периоди, което намалява натоварването на мрежата.“
Това доведе до разработването на готова за употреба машина за лед в Мпоненг, където Хаудън завърши работата, включително строителното, електрическото и механичното оборудване за машина за лед с мощност 12 MW и производителност 120 т/ч.
Последните допълнения към основната стратегия за охлаждане на Mponeng включват мек лед, повърхностно охладена вода, повърхностни въздушни охладители (BAC) и подземна охладителна система. Наличието на повишени концентрации на разтворени соли и хлориди в минните води по време на работа.
Богатият опит на Южна Африка и фокусът ѝ върху решения, а не само върху продукти, продължават да трансформират хладилните системи по целия свят, казва той.
Както спомена Васерман, тъй като все повече мини отиват по-дълбоко и заемат повече място в тях, е лесно да се видят подобни решения и в други части на света.
Майнхард каза: „Howden изнася своята технология за дълбоко охлаждане на мини в Южна Африка от десетилетия. Например, ние доставихме решения за охлаждане на подземни златни мини в Невада още през 90-те години на миналия век.“
„Интересна технология, използвана в някои южноафрикански мини, е съхранението на термален лед за пренос на товар – топлинната енергия се съхранява в големи ледени язовири. Ледът се произвежда по време на пиковите часове и се използва по време на пиковите часове“, каза той. „Традиционно хладилните агрегати са проектирани за максимална околна температура, която може да достигне три часа на ден през летните месеци. Ако обаче имате възможност да съхранявате охлаждаща енергия, можете да намалите този капацитет.“
„Ако имате план с доста висока пикова тарифа и искате да преминете към по-ниски тарифи през извънпиковите периоди, тези решения за производство на лед могат да представляват силен бизнес аргумент“, каза той. „Първоначалният капитал за инсталацията може да компенсира по-ниските оперативни разходи.“
В същото време, BAC, който се използва в южноафриканските мини от десетилетия, придобива все по-голямо глобално значение.
В сравнение с традиционните конструкции на BAC, най-новото поколение BAC имат по-висока термична ефективност от своите предшественици, по-ниски граници на температурата на минния въздух и по-малък размер. Те също така интегрират модул за охлаждане при поискване (CoD) в платформата Howden Ventsim CONTROL, който автоматично регулира температурата на въздуха в яката, за да отговаря на нуждите на подземните пластове.
През последната година Howden достави три BAC от ново поколение на клиенти в Бразилия и Буркина Фасо.
Компанията е в състояние да произвежда и персонализирани решения за трудни експлоатационни условия; скорошен пример е „уникалната“ инсталация на амонячни охладители BAC за OZ Minerals в мината Carrapateena в Южна Австралия.
„Howden инсталира сухи кондензатори с амонячни компресори Howden и затворени въздушни охладители със сух контур в Австралия при липса на налична вода“, каза Васерман за инсталацията. „Като се има предвид, че това е „суха“ инсталация, а не отворени спрей охладители, инсталирани във водни системи, тези охладители са проектирани за максимална ефективност.“
В момента компанията тества решение за мониторинг на работоспособността на 8 MW наземна BAC инсталация (показана на снимката по-долу), проектирана и построена в мината Yaramoko Fortuna Silver (бивша Roxgold) в Буркина Фасо.
Системата, контролирана от завода на Howden в Йоханесбург, позволява на компанията да съветва за потенциални подобрения на ефективността и поддръжка, за да поддържа оптималната работа на завода. BAC инсталацията в минния комплекс Caraiba в Ero Copper, Бразилия, също е проектирана да използва тази функция.
Платформата Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) продължава да изгражда устойчиви взаимоотношения с добавена стойност и компанията ще стартира две проучвания за осъществимост на вентилация при поискване (VoD) в страната през 2021 г.
Точно на границата със Зимбабве, компанията работи по проект, който ще позволи видео по заявка за автоматични врати в подземни мини, позволявайки им да се отварят на различни интервали и да осигуряват точното количество охлаждащ въздух в зависимост от специфичните нужди на превозното средство.
Това технологично развитие, използващо съществуващата налична инфраструктура за добив и готови източници на данни, ще бъде важна част от бъдещите продукти на Howden.
Опитът на Howden в Южна Африка: Научете как да проектирате охладителни решения за справяне с лошото качество на водата в дълбоките златни мини, как да направите решенията възможно най-енергийно ефективни, за да избегнете проблеми с мрежата, и как да отговорите на някои от най-строгите изисквания за качество на въздуха. Регулирането на температурата и изискванията за здравословни и безопасни условия на труд в световен мащаб ще продължи да се отплаща за мините по целия свят.
International Mining Team Publishing Ltd, 2 Claridge Court, Lower Kings Road, Berkhamsted, Hertfordshire, Англия, HP4 2AF, Великобритания