Kopalnia z roku na rok jest głębiej eksploatowana – według raportów branżowych sięga 30 m.
Wraz ze wzrostem głębokości wzrasta zapotrzebowanie na wentylację i chłodzenie. Howden wie to z doświadczenia zdobytego w najgłębszych kopalniach w Republice Południowej Afryki.
Firma Howden została założona w 1854 roku przez Jamesa Howdena w Szkocji jako firma inżynierii morskiej. W latach 50. XX wieku weszła na rynek RPA, aby zaspokajać potrzeby przemysłu górniczego i energetycznego. W latach 60. XX wieku firma pomogła wyposażyć głębokie kopalnie złota w kraju we wszystkie systemy wentylacji i chłodzenia niezbędne do bezpiecznego i wydajnego wydobywania rudy z głębokości wielu kilometrów pod ziemią.
„Początkowo kopalnia stosowała wyłącznie wentylację jako metodę chłodzenia, ale wraz ze wzrostem głębokości wydobycia, aby zrekompensować rosnące obciążenie cieplne w kopalni, konieczne stało się zastosowanie chłodzenia mechanicznego” – powiedział IM Teunes Wasserman, szef działu chłodzenia i sprężarek kopalni Howden.
Wiele głębokich kopalni złota w Republice Południowej Afryki zainstalowało chłodnice odśrodkowe Freon™ zarówno nad, jak i pod ziemią, aby zapewnić niezbędne chłodzenie personelowi i sprzętowi pracującemu pod ziemią.
Pomimo poprawy stanu technicznego, system odprowadzania ciepła maszyny podziemnej okazał się problematyczny, ponieważ wydajność chłodzenia maszyny była ograniczona przez temperaturę i ilość dostępnego powietrza wylotowego, powiedział Wasserman. Jednocześnie jakość wody kopalnianej powodowała poważne zanieczyszczenie płaszczowo-rurowych wymienników ciepła stosowanych we wczesnych agregatach odśrodkowych.
Aby rozwiązać ten problem, kopalnie zaczęły pompować zimne powietrze z powierzchni do gruntu. Chociaż zwiększa to wydajność chłodzenia, niezbędna infrastruktura zajmuje miejsce w silosie, a proces ten jest energochłonny i energochłonny.
Aby rozwiązać te problemy, kopalnie chcą zmaksymalizować ilość zimnego powietrza dostarczanego do gruntu za pomocą agregatów wody lodowej.
To skłoniło Howdena do wprowadzenia chłodnic śrubowych z aminami w kopalniach w Republice Południowej Afryki, najpierw w tandemie po istniejących powierzchniowych chłodnicach odśrodkowych. Doprowadziło to do skokowej zmiany ilości chłodziwa, które można dostarczać do tych głębokich kopalni złota, co spowodowało spadek średniej temperatury wody powierzchniowej z 6-8°C do 1°C. Kopalnia może korzystać z tej samej infrastruktury rurociągów kopalnianych, z których wiele jest już zainstalowanych, jednocześnie znacznie zwiększając ilość chłodzenia dostarczanego do głębszych warstw.
Około 20 lat po wprowadzeniu na rynek sprężarki WRV 510, Howden, wiodący gracz na rynku, opracował WRV 510 – sprężarkę śrubową o dużej konstrukcji z wirnikiem o średnicy 510 mm. Była to wówczas jedna z największych sprężarek śrubowych na rynku i dorównywała rozmiarem modułowi chłodniczemu niezbędnemu do chłodzenia głęboko położonych południowoafrykańskich kopalni.
„To przełom, ponieważ kopalnie mogą zainstalować pojedynczą chłodziarkę o mocy 10-12 MW zamiast wielu agregatów” – powiedział Wasserman. „Jednocześnie amoniak jako ekologiczny czynnik chłodniczy doskonale nadaje się do stosowania w połączeniu sprężarek śrubowych i płytowych wymienników ciepła”.
Kwestie związane z amoniakiem zostały sformalizowane w specyfikacjach i normach bezpieczeństwa amoniaku dla przemysłu wydobywczego, a Howden odegrał ważną rolę w procesie projektowania. Zostały one zaktualizowane i włączone do prawa Republiki Południowej Afryki.
Dowodem tego sukcesu jest zainstalowanie ponad 350 MW instalacji chłodniczych do produkcji amoniaku w południowoafrykańskim przemyśle górniczym, uważanym za największy na świecie.
Innowacyjność Howdena w Republice Południowej Afryki na tym się nie skończyła: w 1985 r. firma dodała do swojej stale rosnącej oferty chłodziarek górniczych maszynę do lodu powierzchniowego.
W miarę jak opcje chłodzenia powierzchniowego i podziemnego są w pełni wykorzystywane lub uznawane za zbyt kosztowne, kopalnie potrzebują nowych rozwiązań chłodzenia, aby móc dalej rozszerzać wydobycie na głębsze poziomy.
Firma Howden zainstalowała swoją pierwszą instalację do produkcji lodu (przykład poniżej) w 1985 r. w kopalni EPM (East Rand Proprietary Mine) na wschód od Johannesburga. Jej całkowita moc chłodnicza wynosi około 40 MW, a wydajność produkcji lodu to 4320 t/h.
Podstawą operacji jest formowanie lodu na powierzchni i transportowanie go przez kopalnię do podziemnej zapory lodowej, gdzie woda z zapory jest następnie rozprowadzana w podziemnych stacjach chłodzenia lub wykorzystywana jako woda procesowa do wiercenia odwiertów. Stopiony lód jest następnie pompowany z powrotem na powierzchnię.
Główną zaletą tego systemu kostkarki do lodu są niższe koszty pompowania, co obniża koszty operacyjne związane z systemami wody chłodzonej powierzchniowo o około 75-80%. Sprowadza się to do „energii chłodzenia magazynowanej w przemianach fazowych wody” – powiedział Wasserman, wyjaśniając, że 1 kg lodu na sekundę ma taką samą wydajność chłodzenia jak 4,5-5 kg ​​zamrożonej wody na sekundę.
Dzięki „lepszej efektywności pozycjonowania” temperaturę podziemnej zapory można utrzymywać na poziomie 2–5°C, co poprawia wydajność cieplną podziemnej stacji chłodzenia powietrza, maksymalizując tym samym wydajność chłodzenia.
Inną zaletą szczególnego znaczenia elektrowni lodowych w Republice Południowej Afryki, kraju znanym z niestabilnej sieci energetycznej, jest możliwość wykorzystania tego systemu jako metody magazynowania ciepła, polegającej na wytwarzaniu lodu i jego gromadzeniu w podziemnych zaporach lodowych oraz w okresach szczytowych.
Ta ostatnia korzyść doprowadziła do rozwoju wspieranego przez Eskom projektu partnerskiego w branży, w ramach którego Howden bada możliwość wykorzystania kostkarek do lodu w celu zmniejszenia szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Testy przeprowadzane są w Mponeng i Moab Hotsong, najgłębszych podziemnych kopalniach na świecie.
„Zamrażaliśmy tamę w nocy (po godzinach pracy) i wykorzystywaliśmy wodę i stopiony lód jako źródło chłodzenia kopalni w godzinach szczytu” – wyjaśnił Wasserman. „Podstawowe jednostki chłodzące są wyłączane w godzinach szczytu, co zmniejsza obciążenie sieci”.
Doprowadziło to do opracowania gotowej do użycia maszyny do produkcji lodu w Mponeng, gdzie Howden ukończył prace obejmujące wyposażenie budowlane, elektryczne i mechaniczne maszyny do produkcji lodu o mocy 12 MW i wydajności 120 t/h.
Ostatnie uzupełnienia strategii chłodzenia rdzenia firmy Mponeng obejmują miękki lód, schłodzoną wodę powierzchniową, chłodnice powietrza powierzchniowego (BAC) i podziemny system chłodzenia. Obecność w wodach kopalnianych podwyższonych stężeń rozpuszczonych soli i chlorków w trakcie prac.
Jego zdaniem bogate doświadczenie Republiki Południowej Afryki i skupienie się na rozwiązaniach, a nie tylko na produktach, nieustannie transformuje systemy chłodnicze na całym świecie.
Jak wspomniał Wasserman, wraz ze wzrostem głębokości kopalń i zwiększaniem przestrzeni w nich, łatwo jest znaleźć podobne rozwiązania w innych częściach świata.
Meinhardt powiedział: „Howden od dziesięcioleci eksportuje swoją technologię chłodzenia kopalni głębinowych do Republiki Południowej Afryki. Na przykład, w latach 90. dostarczyliśmy rozwiązania do chłodzenia kopalni dla podziemnych kopalni złota w Nevadzie.
„Ciekawą technologią stosowaną w niektórych południowoafrykańskich kopalniach jest magazynowanie lodu termicznego do przenoszenia obciążenia – energia cieplna jest magazynowana w dużych zaporach lodowych. Lód jest produkowany i wykorzystywany w godzinach szczytu” – powiedział. „Tradycyjnie agregaty chłodnicze są projektowane dla maksymalnej temperatury otoczenia, która może sięgać trzech godzin dziennie w miesiącach letnich. Jeśli jednak istnieje możliwość magazynowania energii chłodniczej, można zmniejszyć tę wydajność”.
„Jeśli masz plan z dość wysoką stawką szczytową i chcesz przejść na niższe stawki poza szczytem, ​​te rozwiązania do produkcji lodu mogą okazać się dobrym rozwiązaniem biznesowym” – powiedział. „Początkowy kapitał na instalację może zrekompensować niższe koszty operacyjne”.
Jednocześnie BAC, stosowany od dziesięcioleci w południowoafrykańskich kopalniach, zyskuje coraz większe znaczenie na świecie.
W porównaniu z tradycyjnymi konstrukcjami BAC, najnowsza generacja reaktorów BAC charakteryzuje się wyższą sprawnością cieplną niż ich poprzednicy, niższymi limitami temperatury powietrza w kopalni i mniejszymi wymiarami. Zintegrowano w nich również moduł chłodzenia na żądanie (CoD) z platformą Howden Ventsim CONTROL, który automatycznie dostosowuje temperaturę powietrza w kołnierzu do potrzeb podziemnych.
W ciągu ostatniego roku Howden dostarczył klientom w Brazylii i Burkina Faso trzy nowe generacje reaktorów BAC.
Firma jest również w stanie przygotować rozwiązania dostosowane do trudnych warunków pracy; niedawnym przykładem jest „unikalna” instalacja chłodnic amoniaku BAC dla OZ Minerals w kopalni Carrapateena w Australii Południowej.
„Howden zainstalował w Australii suche skraplacze ze sprężarkami amoniaku Howden i chłodnicami powietrza z obiegiem zamkniętym, z powodu braku wody” – powiedział Wasserman o instalacji. „Biorąc pod uwagę, że jest to instalacja „sucha”, a nie otwarte chłodnice natryskowe instalowane w systemach wodnych, chłodnice te zostały zaprojektowane z myślą o maksymalnej wydajności”.
Firma testuje obecnie rozwiązanie do monitorowania czasu sprawności 8-megawatowej lądowej instalacji BAC (przedstawionej poniżej), zaprojektowanej i zbudowanej w kopalni srebra Yaramoko Fortuna (dawniej Roxgold) w Burkina Faso.
System, sterowany przez zakład Howden w Johannesburgu, pozwala firmie doradzać w zakresie potencjalnych usprawnień i konserwacji, aby utrzymać zakład w optymalnym stanie technicznym. Jednostka BAC w kompleksie górniczym Caraiba w Ero Copper w Brazylii również została zaprojektowana z myślą o wykorzystaniu tej funkcji.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) nadal buduje trwałe relacje o wartości dodanej, a firma uruchomi w 2021 r. dwa studia wykonalności Ventilation On Demand (VoD) w kraju.
Tuż przy granicy z Zimbabwe firma pracuje nad projektem, który umożliwi instalację funkcji wideo na żądanie w automatycznych drzwiach w kopalniach podziemnych. Dzięki temu drzwi będą mogły otwierać się w różnych odstępach czasu i dostarczać odpowiednią ilość chłodnego powietrza, w zależności od konkretnych potrzeb pojazdu.
Rozwój tej technologii, wykorzystujący istniejącą infrastrukturę górniczą i gotowe źródła danych, będzie stanowić istotną część przyszłych produktów Howdena.
Doświadczenia Howden w Republice Południowej Afryki: Dowiedz się, jak projektować rozwiązania chłodnicze, aby radzić sobie z niską jakością wody w głębokich kopalniach złota, jak tworzyć rozwiązania maksymalnie energooszczędne, aby unikać problemów z siecią, a także jak spełniać jedne z najsurowszych wymagań dotyczących jakości powietrza. Wymagania dotyczące temperatury i higieny pracy na całym świecie Przepisy – będą nadal przynosić korzyści kopalniom na całym świecie.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglia HP4 2AF, Wielka Brytania