Kopalnia z roku na rok jest głębiej wiercona – 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.
Howden została założona w 1854 roku przez Jamesa Howdena w Szkocji jako firma inżynierii morskiej i weszła do RPA w latach 50., aby zaspokoić potrzeby przemysłu górniczego i energetycznego. W latach 60. firma pomogła wyposażyć głębokie kopalnie złota w kraju we wszystkie systemy wentylacji i chłodzenia potrzebne do bezpiecznego i wydajnego wydobywania rudy wiele mil 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 chłodzenie mechaniczne” – powiedział IM Teunes Wasserman, szef działu chłodzenia i sprężarek kopalni Howden.
Wiele głębokich kopalni złota w Republice Południowej Afryki zainstalowało chłodnice odśrodkowe Freon™ nad i pod ziemią, aby zapewnić niezbędne chłodzenie personelowi i sprzętowi pracującemu pod ziemią.
Pomimo poprawy status quo, system odprowadzania ciepła podziemnej maszyny okazał się problematyczny, ponieważ wydajność chłodzenia maszyny była ograniczona przez temperaturę i ilość dostępnego powietrza wylotowego, powiedział Wasserman. Jednocześnie jakość wody kopalnianej spowodowała poważne zanieczyszczenie wymienników ciepła rurowo-płaszczowych stosowanych w tych wczesnych chłodziarkach odśrodkowych.
Aby rozwiązać ten problem, kopalnie zaczęły pompować zimne powietrze z powierzchni do ziemi. Podczas gdy zwiększa to wydajność chłodzenia, niezbędna infrastruktura zajmuje miejsce w silosie, a proces jest zarówno energochłonny, jak i energochłonny.
Aby rozwiązać te problemy, kopalnie chcą zmaksymalizować ilość zimnego powietrza dostarczanego na ziemię za pomocą agregatów wody lodowej.
To skłoniło Howdena do wprowadzenia chłodnic śrubowych amino w kopalniach w Republice Południowej Afryki, najpierw w tandemie po istniejących powierzchniowych chłodnicach odśrodkowych. Doprowadziło to do skokowej zmiany ilości chłodziwa, które można dostarczyć do tych głębokich podziemnych 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 WRV 510, Howden, wiodący gracz rynkowy w tej dziedzinie, opracował WRV 510, duży blok sprężarki śrubowej z wirnikiem 510 mm. Był to jeden z największych sprężarek śrubowych na rynku w tamtym czasie i odpowiadał rozmiarowi modułu chłodnicy potrzebnego do chłodzenia tych głębokich południowoafrykańskich kopalni.
„To zmienia zasady gry, ponieważ kopalnie mogą zainstalować pojedynczą chłodziarkę o mocy 10–12 MW zamiast wielu chłodziarek” — powiedział Wasserman. „Jednocześnie amoniak jako zielony czynnik chłodniczy doskonale nadaje się do kombinacji sprężarek śrubowych i płytowych wymienników ciepła”.
Zagadnienia dotyczące amoniaku zostały sformalizowane w specyfikacjach i normach bezpieczeństwa dla amoniaku dla przemysłu górniczego, przy czym Howden odegrał ważną rolę w procesie projektowania. Zostały one zaktualizowane i włączone do prawa południowoafrykańskiego.
Dowodem tego sukcesu jest zainstalowanie ponad 350 MW mocy chłodniczej w południowoafrykańskim przemyśle górniczym, uważanym za największy na świecie.
Ale innowacje Howdena w Afryce Południowej na tym się nie skończyły: w 1985 roku firma dodała do swojej stale rosnącej oferty chłodziarek górniczych maszynę do produkcji lodu powierzchniowego.
W miarę jak opcje chłodzenia powierzchniowego i podziemnego są w pełni wykorzystywane lub uznawane za zbyt drogie, 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 wynosiła około 40 MW, a wydajność produkcji lodu 4320 ton/h.
Podstawą operacji jest formowanie lodu na powierzchni i transportowanie go przez kopalnię do podziemnej zapory lodowej, gdzie woda z zapory lodowej jest następnie krążona w podziemnych stacjach chłodzących lub wykorzystywana jako woda procesowa do wiercenia studni. Roztopiony lód jest następnie pompowany z powrotem na powierzchnię.
Główną zaletą tego systemu do wytwarzania lodu są zmniejszone koszty pompowania, co zmniejsza koszty operacyjne związane z systemami wody chłodzonej powierzchniowo o około 75-80%. Sprowadza się to do wrodzonej „energii chłodzącej przechowywanej w przemianach fazowych wody”, powiedział Wasserman, wyjaśniając, że 1 kg/s lodu ma taką samą wydajność chłodzenia jak 4,5-5 kg/s zamrożonej wody.
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.
Kolejną zaletą szczególnego znaczenia elektrowni lodowej 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, przeprowadzając testy w Mponeng i Moab Hotsong, najgłębszych podziemnych kopalniach na świecie.
„Zamroziliśmy tamę w nocy (po godzinach) i użyliśmy wody i stopionego lodu jako źródła chłodzenia dla kopalni w godzinach szczytu” – wyjaśnił Wasserman. „Podstawowe jednostki chłodzące są wyłączane w okresach 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. Ponadto, w wodach kopalnianych obserwuje się obecność podwyższonych stężeń rozpuszczonych soli i chlorków w trakcie prac.
Jego zdaniem bogate doświadczenie RPA i koncentracja na rozwiązaniach, a nie tylko produktach, nieustannie zmieniają systemy chłodnicze na całym świecie.
Jak wspomniał Wasserman, w miarę jak kopalnie będą coraz głębiej eksploatowane i coraz bardziej przestronne, łatwo będzie znaleźć podobne rozwiązania w innych częściach świata.
Meinhardt powiedział: „Howden eksportuje swoją technologię głębokiego chłodzenia kopalni do RPA od dziesięcioleci. Na przykład dostarczaliśmy rozwiązania do chłodzenia kopalni dla podziemnych kopalni złota w Nevadzie w latach 90.
„Ciekawą technologią stosowaną w niektórych kopalniach w RPA jest magazynowanie lodu termicznego do przenoszenia obciążenia – energia cieplna jest magazynowana w dużych zaporach lodowych. Lód jest produkowany w godzinach szczytu i wykorzystywany w godzinach szczytu” – powiedział. „Tradycyjnie jednostki chłodnicze są projektowane dla maksymalnej temperatury otoczenia, która może osiągnąć trzy godziny dziennie w miesiącach letnich. Jednak jeśli masz możliwość magazynowania energii chłodzącej, możesz zmniejszyć tę pojemność”.
„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 zakład może zrównoważyć niższe koszty operacyjne”.
Jednocześnie BAC, stosowany od dziesięcioleci w południowoafrykańskich kopalniach, zyskuje coraz większe znaczenie na świecie.
W porównaniu do tradycyjnych projektów BAC, najnowsza generacja BAC ma wyższą sprawność cieplną niż ich poprzednicy, niższe limity temperatury powietrza w kopalni i mniejszą powierzchnię. Integrują również moduł chłodzenia na żądanie (CoD) z platformą Howden Ventsim CONTROL, który automatycznie dostosowuje temperaturę powietrza w kołnierzu do potrzeb podpowierzchniowych.
W ciągu ostatniego roku firma Howden dostarczyła trzy nowej generacji aparaty BAC klientom w Brazylii i Burkina Faso.
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 suche skraplacze z kompresorami amoniaku Howden i chłodnicami powietrza suchego o obiegu zamkniętym w Australii w przypadku braku dostępnej wody” — powiedział Wasserman o instalacji. „Biorąc pod uwagę, że jest to instalacja „sucha”, a nie chłodnice natryskowe otwarte instalowane w systemach wodnych, chłodnice te są zaprojektowane z myślą o maksymalnej wydajności”.
Firma testuje obecnie rozwiązanie do monitorowania czasu sprawności 8-megawatowej instalacji lądowej BAC (przedstawionej poniżej), zaprojektowanej i zbudowanej w kopalni srebra Yaramoko Fortuna Silver (dawniej Roxgold) w Burkina Faso.
System, kontrolowany przez zakład Howden w Johannesburgu, pozwala firmie doradzać w zakresie potencjalnych usprawnień wydajności i konserwacji, aby utrzymać zakład w optymalnym stanie. Jednostka BAC w kompleksie górniczym Caraiba w Ero Copper w Brazylii jest również zaprojektowana do korzystania z tej funkcji.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) nadal buduje trwałe relacje o wartości dodanej, a firma uruchomi w kraju dwa studia wykonalności Ventilation On Demand (VoD) w 2021 roku.
Firma pracuje nad projektem, który umożliwi zainstalowanie 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, zależnie od konkretnych potrzeb pojazdu.
Rozwój tej technologii, wykorzystujący istniejącą infrastrukturę górniczą i gotowe źródła danych, stanie się istotnym elementem przyszłych produktów Howdena.
Doświadczenia Howden w Republice Południowej Afryki: Dowiedz się, jak projektować rozwiązania chłodnicze, aby poradzić sobie ze słabą jakością wody w głębokich kopalniach złota, jak tworzyć rozwiązania tak energooszczędne, jak to możliwe, aby uniknąć problemów z siecią, oraz 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