Rudnik se vsako leto poglablja – po poročilih industrije za 30 m.
Z večanjem globine se povečuje tudi potreba po prezračevanju in hlajenju, Howden pa to ve iz izkušenj z delom v najglobljih rudnikih v Južni Afriki.
Podjetje Howden je leta 1854 na Škotskem ustanovil James Howden kot podjetje za ladijsko inženirstvo, v petdesetih letih prejšnjega stoletja pa je vstopilo v Južno Afriko, da bi služilo potrebam rudarske in energetske industrije. Do šestdesetih let prejšnjega stoletja je podjetje pomagalo opremiti globoke rudnike zlata v državi z vsemi prezračevalnimi in hladilnimi sistemi, potrebnimi za varno in učinkovito pridobivanje rude kilometre pod zemljo.
»Sprva je rudnik uporabljal le prezračevanje kot metodo hlajenja, toda ko se je globina rudarjenja povečevala, je bilo potrebno mehansko hlajenje, da bi kompenzirali naraščajočo toplotno obremenitev v rudniku,« je za IM povedal Teunes Wasserman, vodja oddelka za hlajenje in kompresorje v podjetju Howden.
Številni rudniki zlata v Južni Afriki imajo nameščene centrifugalne hladilnike Freon™ nad in pod zemljo, ki zagotavljajo potrebno hlajenje za podzemno osebje in opremo.
Kljub izboljšanju statusa quo se je sistem za odvajanje toplote podzemnega stroja izkazal za problematičnega, saj je bila hladilna zmogljivost stroja omejena s temperaturo in količino razpoložljivega izpušnega zraka, je dejal Wasserman. Hkrati je kakovost rudniške vode povzročila hudo onesnaženje toplotnih izmenjevalnikov z lupino in cevmi, ki so se uporabljali v teh zgodnjih centrifugalnih hladilnikih.
Da bi rešili to težavo, so rudniki začeli črpati hladen zrak s površine na tla. Čeprav to poveča hladilno zmogljivost, potrebna infrastruktura zavzame prostor v silosu, postopek pa je energetsko intenziven.
Da bi rešili te težave, želijo rudniki maksimirati količino hladnega zraka, ki ga na tla dovajajo enote s hladilno vodo.
To je spodbudilo Howden, da je v rudnikih v Južni Afriki uvedel amino vijačne hladilnike, najprej vzporedno z obstoječimi površinskimi centrifugalnimi hladilniki. To je privedlo do skokovite spremembe količine hladilne tekočine, ki jo je mogoče dovajati v te globoke podzemne rudnike zlata, kar je povzročilo znižanje povprečne temperature površinske vode s 6–8 °C na 1 °C. Rudnik lahko uporablja isto infrastrukturo rudniških cevovodov, od katerih jih je veliko že nameščenih, hkrati pa znatno poveča količino hladilne tekočine, ki se dovaja v globlje plasti.
Približno 20 let po predstavitvi WRV 510 je Howden, vodilni akter na trgu na tem področju, razvil WRV 510, velik blokovni vijačni kompresor z rotorjem premera 510 mm. Takrat je bil eden največjih vijačnih kompresorjev na trgu in je ustrezal velikosti hladilnega modula, potrebnega za hlajenje globokih južnoafriških rudnikov.
»To je prelomnica, saj lahko rudniki namestijo en sam hladilnik z močjo 10–12 MW namesto več hladilnikov,« je dejal Wasserman. »Hkrati je amonijak kot zeleno hladilno sredstvo zelo primeren za kombinacije vijačnih kompresorjev in ploščnih toplotnih izmenjevalnikov.«
Upoštevanje amoniaka je bilo formalizirano v specifikacijah in varnostnih standardih za amonijak za rudarsko industrijo, pri čemer je imel Howden pomembno vlogo v procesu načrtovanja. Posodobljeni so bili in vključeni v južnoafriško zakonodajo.
Ta uspeh dokazuje namestitev več kot 350 MW amoniačnih hladilnih zmogljivosti v južnoafriški rudarski industriji, ki velja za največjo na svetu.
Vendar se Howdenove inovacije v Južni Afriki niso ustavile tu: leta 1985 je podjetje svoji rastoči ponudbi rudniških hladilnikov dodalo še stroj za površinski led.
Ker so možnosti površinskega in podzemnega hlajenja maksimizirane ali pa se zdijo predrage, rudniki potrebujejo novo rešitev za hlajenje, da bi lahko rudarjenje še razširili na globlje ravni.
Howden je svojo prvo ledeno napravo (primer spodaj) namestil leta 1985 v rudniku EPM (East Rand Proprietary Mine) vzhodno od Johannesburga, ki ima skupno hladilno zmogljivost približno 40 MW in zmogljivost ledu 4320 t/h.
Osnova delovanja je nastanek ledu na površini in njegov transport skozi rudnik do podzemnega ledenega jezu, kjer voda iz ledenega jezu nato kroži v podzemnih hladilnih postajah ali se uporablja kot tehnološka voda za vrtanje vrtin. Stopljeni led se nato črpa nazaj na površje.
Glavna prednost tega sistema za izdelavo ledu so nižji stroški črpanja, kar zmanjša obratovalne stroške, povezane s sistemi površinskega hlajenja vode, za približno 75–80 %. Gre za inherentno »hladilno energijo, shranjeno v faznih prehodih vode«, je dejal Wasserman in pojasnil, da ima 1 kg/s ledu enako hladilno zmogljivost kot 4,5–5 kg/s zamrznjene vode.
Zaradi »vrhunske učinkovitosti pozicioniranja« je mogoče podzemni jez vzdrževati pri 2–5 °C, da se izboljša toplotna učinkovitost podzemne postaje za hlajenje zraka, s čimer se ponovno poveča hladilna zmogljivost.
Druga prednost posebnega pomena ledene elektrarne v Južni Afriki, državi, znani po nestabilnem električnem omrežju, je zmožnost sistema, da se uporablja kot metoda shranjevanja toplote, kjer se led ustvarja in kopiči v podzemnih ledenih jezovih in v obdobjih konic.
Slednja prednost je privedla do razvoja projekta industrijskega partnerstva, ki ga podpira Eskom, v okviru katerega Howden preiskuje uporabo ledomatov za zmanjšanje največjega povpraševanja po električni energiji, s testnimi primeri v Mponengu in Moab Hotsongu, najglobljih podzemnih rudnikih na svetu.
»Ponoči (po urah) smo zamrznili jez in v času konic uporabljali vodo in stopljeni led kot vir hlajenja za rudnik,« je pojasnil Wasserman. »Osnovne hladilne enote so v času konic izklopljene, kar zmanjša obremenitev omrežja.«
To je privedlo do razvoja stroja za led na ključ v Mponengu, kjer je Howden dokončal dela, vključno z gradbeno, električno in mehansko opremo za stroj za led z močjo 12 MW in zmogljivostjo 120 t/h.
Nedavni dodatki k strategiji hlajenja jedra Mponeng vključujejo mehak led, površinsko ohlajeno vodo, površinske hladilnike zraka (BAC) in podzemni hladilni sistem. Prisotnost povišanih koncentracij raztopljenih soli in kloridov v rudniških vodah med delom.
Bogate izkušnje Južne Afrike in osredotočenost na rešitve, ne le na izdelke, še naprej spreminjajo hladilne sisteme po vsem svetu, pravi.
Kot je omenil Wasserman, je z naraščajočim številom rudnikov, ki sega globlje in zavzemajo več prostora v rudnikih, enostavno najti takšne rešitve tudi drugod po svetu.
Meinhardt je dejal: »Howden že desetletja izvaža svojo tehnologijo za hlajenje globokih rudnikov v Južno Afriko. Na primer, v devetdesetih letih prejšnjega stoletja smo dobavljali rešitve za hlajenje podzemnih rudnikov zlata v Nevadi.«
»Zanimiva tehnologija, ki se uporablja v nekaterih južnoafriških rudnikih, je shranjevanje termičnega ledu za prenos obremenitve – toplotna energija se shranjuje v velikih ledenih jezovih. Led se proizvaja v času prometnih konic in se uporablja v času prometnih konic,« je dejal. »Tradicionalno so hladilne enote zasnovane za najvišjo temperaturo okolice, ki lahko v poletnih mesecih doseže tri ure na dan. Če pa imate možnost shranjevanja hladilne energije, lahko to zmogljivost zmanjšate.«
»Če imate načrt s precej visoko konično tarifo in želite v času izven konic nadgraditi na cenejše tarife, so te rešitve za proizvodnjo ledu lahko dober poslovni argument,« je dejal. »Začetni kapital za obrat lahko izravna nižje obratovalne stroške.«
Hkrati pa BAC, ki se v južnoafriških rudnikih uporablja že desetletja, pridobiva vse večji svetovni pomen.
V primerjavi s tradicionalnimi zasnovami BAC imajo najnovejša generacija BAC-ov višjo toplotno učinkovitost kot njihovi predhodniki, nižje omejitve temperature rudniškega zraka in manjši odtis. V platformo Howden Ventsim CONTROL vključujejo tudi modul za hlajenje na zahtevo (CoD), ki samodejno prilagaja temperaturo zraka v ovratniku potrebam pod površjem.
V preteklem letu je Howden strankam v Braziliji in Burkini Faso dobavil tri sisteme za oskrbo z energijo nove generacije.
Podjetje je sposobno izdelati tudi prilagojene rešitve za težke obratovalne pogoje; nedavni primer je »edinstvena« namestitev amonijačnih hladilnikov BAC za OZ Minerals v rudniku Carrapateena v Južni Avstraliji.
»Howden je v Avstraliji zaradi pomanjkanja razpoložljive vode namestil suhe kondenzatorje z amonijačnimi kompresorji Howden in hladilnike suhega zraka z zaprto zanko,« je o namestitvi povedal Wasserman. »Glede na to, da gre za 'suho' namestitev in ne za odprte pršilne hladilnike, nameščene v vodnih sistemih, so ti hladilniki zasnovani za maksimalno učinkovitost.«
Podjetje trenutno testira rešitev za spremljanje delovanja kopenske elektrarne BAC z močjo 8 MW (na sliki spodaj), ki je bila zasnovana in zgrajena v rudniku Yaramoko Fortuna Silver (prej Roxgold) v Burkini Faso.
Sistem, ki ga upravlja tovarna Howden v Johannesburgu, podjetju omogoča svetovanje o morebitnih izboljšavah učinkovitosti in vzdrževanju, da bi tovarna delovala optimalno. Enota BAC v rudarskem kompleksu Caraiba v Ero Copper v Braziliji je prav tako zasnovana za uporabo te funkcije.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) še naprej gradi trajnostne odnose z dodano vrednostjo, podjetje pa bo leta 2021 v državi začelo dve študiji izvedljivosti prezračevanja na zahtevo (VoD).
Tik ob zimbabvejski meji podjetje dela na projektu, ki bo omogočil video na zahtevo za avtomatska vrata v podzemnih rudnikih, kar bo omogočilo, da se bodo odpirala v različnih intervalih in zagotavljala ravno pravšnjo količino hladilnega zraka, odvisno od specifičnih potreb vozila.
Ta tehnološki razvoj, ki bo uporabljal obstoječo razpoložljivo infrastrukturo za rudarjenje in standardne vire podatkov, bo pomemben del prihodnjih izdelkov podjetja Howden.
Izkušnje podjetja Howden v Južni Afriki: Naučite se, kako zasnovati hladilne rešitve za reševanje slabe kakovosti vode v njihovih globokih rudnikih zlata, kako narediti rešitve čim bolj energetsko učinkovite, da se izognete težavam z omrežjem, in kako izpolniti nekatere najstrožje zahteve glede kakovosti zraka. Zahteve glede temperature in zdravja pri delu po vsem svetu – regulacija – se bo še naprej obrestovala za rudnike po vsem svetu.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglija HP4 2AF, Združeno kraljestvo