Gruvan blir djupare för varje år – 30 m, enligt branschrapporter.
I takt med att djupet ökar ökar även behovet av ventilation och kylning, och Howden vet detta av erfarenhet av att arbeta med de djupaste gruvorna i Sydafrika.
Howden grundades 1854 av James Howden i Skottland som ett marintekniskt företag och etablerade sig i Sydafrika på 1950-talet för att tillgodose behoven inom gruv- och kraftindustrin. På 1960-talet hjälpte företaget till att utrusta landets djupa guldgruvor med alla ventilations- och kylsystem som behövdes för att säkert och effektivt utvinna malm flera kilometer under jord.
”Inledningsvis använde gruvan endast ventilation som kylmetod, men allt eftersom gruvdjupet ökade krävdes mekanisk kylning för att kompensera för den växande värmebelastningen i gruvan”, berättade Teunes Wasserman, chef för Howdens division för gruvkylning och kompressorer, för IM.
Många djupa guldgruvor i Sydafrika har installerat Freon™-centrifugalkylare ovan och under marken för att ge nödvändig kylning för personal och utrustning under jord.
Trots förbättringen av status quo visade sig den underjordiska maskinens värmeavledningssystem vara problematiskt, eftersom maskinens kylkapacitet begränsades av temperaturen och mängden tillgänglig frånluft, sa Wasserman. Samtidigt orsakade gruvvattenkvaliteten allvarlig nedsmutsning av de rörformade värmeväxlarna som användes i dessa tidiga centrifugalkylare.
För att lösa detta problem började gruvorna pumpa kall luft från ytan till marken. Detta ökar kylkapaciteten, men den nödvändiga infrastrukturen tar upp plats i silon och processen är både energikrävande och energikrävande.
För att åtgärda dessa problem vill gruvor maximera mängden kall luft som förs till marken genom kylvattenenheter.
Detta fick Howden att introducera aminoskruvkylare i gruvor i Sydafrika, först i tandem med befintliga centrifugalkylare ovan jord. Detta har lett till en stegvis förändring av mängden kylvätska som kan tillföras dessa djupa underjordiska guldgruvor, vilket resulterar i en minskning av den genomsnittliga ytvattentemperaturen från 6-8 °C till 1 °C. Gruvan kan använda samma gruvledningsinfrastruktur, av vilken många redan är installerade, samtidigt som mängden kylning som levereras till djupare lager avsevärt ökar.
Ungefär 20 år efter introduktionen av WRV 510 utvecklade Howden, en ledande aktör inom området, WRV 510, en stor blockskruvkompressor med en 510 mm rotor. Den var en av de största skruvkompressorerna på marknaden vid den tiden och matchade den kylmodulstorlek som behövdes för att kyla de djupa sydafrikanska gruvorna.
”Det här är revolutionerande eftersom gruvor kan installera en enda kylmaskin på 10–12 MW istället för en massa kylmaskiner”, sa Wasserman. ”Samtidigt är ammoniak som ett grönt köldmedium väl lämpat för kombinationer av skruvkompressorer och plattvärmeväxlare.”
Ammoniaköverväganden formaliserades i specifikationer och säkerhetsstandarder för ammoniak för gruvindustrin, där Howden spelade en viktig roll i designprocessen. De har uppdaterats och införlivats i sydafrikansk lag.
Denna framgång bevisas av installationen av mer än 350 MW ammoniakkylkapacitet av Sydafrikas gruvindustri, som anses vara den största i världen.
Men Howdens innovation i Sydafrika slutade inte där: 1985 lade företaget till en ismaskin för ytan i sitt växande sortiment av gruvkylare.
I takt med att kylningsalternativen ovan jord och under jord maximeras eller anses vara för dyra, behöver gruvor en ny kyllösning för att ytterligare expandera gruvdriften till djupare nivåer.
Howden installerade sin första istillverkningsanläggning (exempel nedan) 1985 vid EPM (East Rand Proprietary Mine) öster om Johannesburg, som har en slutlig total kylkapacitet på cirka 40 MW och en iskapacitet på 4320 t/h.
Grunden för operationen är att is bildas på ytan och transporteras genom gruvan till en underjordisk isdamm, där vattnet från isdammen sedan cirkuleras i underjordiska kylstationer eller används som processvatten för borrning av brunnar. Den smälta isen pumpas sedan tillbaka till ytan.
Den största fördelen med detta ismaskinssystem är de minskade pumpkostnaderna, vilket minskar driftskostnaderna i samband med ytkylda vattensystem med cirka 75–80 %. Det beror på den inneboende "kylenergin som lagras i vattnets fasövergångar", sa Wasserman och förklarade att 1 kg/s is har samma kylkapacitet som 4,5–5 kg/s fruset vatten.
Tack vare den "överlägsna positioneringseffektiviteten" kan den underjordiska dammen hållas vid 2–5 °C för att förbättra den termiska prestandan hos den underjordiska luftkylningsstationen, vilket återigen maximerar kylkapaciteten.
En annan fördel med den särskilda relevansen av ett iskraftverk i Sydafrika, ett land känt för sitt instabila elnät, är systemets förmåga att användas som en värmelagringsmetod, där is skapas och ackumuleras i underjordiska isdammar och under högtrafik.
Den senare fördelen har lett till utvecklingen av ett Eskom-stött industripartnerskapsprojekt där Howden undersöker användningen av ismaskiner för att minska toppbelastningen på el, med testfall vid Mponeng och Moab Hotsong, världens djupaste underjordiska gruvor.
”Vi frös dammen på natten (efter stängningstid) och använde vatten och smält is som kylkälla för gruvan under rusningstid”, förklarade Wasserman. ”Basenheterna för kylning är avstängda under rusningstid, vilket minskar belastningen på elnätet.”
Detta ledde till utvecklingen av en nyckelfärdig ismaskin i Mponeng, där Howden slutförde arbetet inklusive civil, elektrisk och mekanisk utrustning för en ismaskin på 12 MW och 120 ton/h.
Nyligen tillagda medel till Mponengs kärnkylningsstrategi inkluderar mjukis, kylt ytvatten, ytluftkylare (BAC) och ett underjordiskt kylsystem. Förekomsten av förhöjda koncentrationer av lösta salter och klorider i gruvvattnet under arbete.
Sydafrikas rika erfarenhet och fokus på lösningar, inte bara produkter, fortsätter att omvandla kylsystem runt om i världen, säger han.
Som Wasserman nämnde, i takt med att fler och fler gruvor går djupare och det finns mer utrymme i gruvorna, är det lätt att se lösningar som denna i andra delar av världen.
Meinhardt sa: ”Howden har exporterat sin kylteknik för djupa gruvor till Sydafrika i årtionden. Till exempel levererade vi kyllösningar för underjordiska guldgruvor i Nevada redan på 1990-talet.”
”En intressant teknik som används i vissa sydafrikanska gruvor är lagring av termisk is för lastöverföring – termisk energi lagras i stora isdammar. Is produceras under rusningstid och används under rusningstid”, sa han. ”Traditionellt är kylaggregat konstruerade för en maximal omgivningstemperatur som kan nå tre timmar om dagen under sommarmånaderna. Men om man har möjlighet att lagra kylenergi kan man minska den kapaciteten.”
”Om du har ett abonnemang med en ganska hög topptrafik och vill uppgradera till billigare priser under lågtrafik, kan dessa islösningar vara en stark affärsmässig fördel”, sa han. ”Initialkapitalet för anläggningen kan kompensera för lägre driftskostnader.”
Samtidigt får BAC, som har använts i sydafrikanska gruvor i årtionden, allt större global betydelse.
Jämfört med traditionella BAC-konstruktioner har den senaste generationen av BAC högre termisk verkningsgrad än sina föregångare, lägre temperaturgränser för gruvluften och ett mindre fotavtryck. De integrerar också en kylmodul (CoD) i Howden Ventsim CONTROL-plattformen, som automatiskt justerar kragens lufttemperatur för att matcha behoven under markytan.
Under det senaste året har Howden levererat tre nya generationens BAC-tankar till kunder i Brasilien och Burkina Faso.
Företaget kan också producera skräddarsydda lösningar för svåra driftsförhållanden; ett aktuellt exempel är den "unika" installationen av BAC-ammoniakkylare för OZ Minerals vid Carrapateena-gruvan i södra Australien.
”Howden installerade torra kondensorer med Howden ammoniakkompressorer och slutna torrluftkylare i Australien i avsaknad av tillgängligt vatten”, sa Wasserman om installationen. ”Med tanke på att detta är en 'torr' installation och inte öppna spraykylare installerade i vattensystem, är dessa kylare konstruerade för maximal effektivitet.”
Företaget testar för närvarande en lösning för drifttidsövervakning av en landbaserad BAC-anläggning på 8 MW (bilden nedan) som är designad och byggd vid Yaramoko Fortuna Silver-gruvan (tidigare Roxgold) i Burkina Faso.
Systemet, som styrs av Howden-fabriken i Johannesburg, gör det möjligt för företaget att ge råd om potentiella effektivitetsförbättringar och underhåll för att hålla anläggningen i optimal drift. BAC-enheten vid Caraiba-gruvkomplexet i Ero Copper, Brasilien, är också utformad för att använda den här funktionen.
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS)-plattformen fortsätter att bygga hållbara, mervärdesrelationer och företaget kommer att lansera två genomförbarhetsstudier för ventilation på begäran (VoD) i landet under 2021.
Alldeles vid gränsen till Zimbabwe arbetar företaget med ett projekt som möjliggör video-on-demand för automatiska dörrar i underjordiska gruvor, vilket gör att de kan öppnas med varierande intervall och ge precis rätt mängd kylluft beroende på fordonets specifika behov.
Denna teknikutveckling, med hjälp av befintlig tillgänglig gruvinfrastruktur och färdiga datakällor, kommer att vara en viktig del av Howdens framtida produkter.
Howden-upplevelsen i Sydafrika: Lär dig hur man utformar kyllösningar för att hantera dålig vattenkvalitet vid dess djupa guldgruvor, hur man gör lösningar så energieffektiva som möjligt för att undvika problem med elnätet och hur man uppfyller några av de strängaste luftkvalitetskraven. Temperatur- och arbetsmiljökrav världen över. Reglering – kommer att fortsätta att löna sig för gruvor runt om i världen.
International Mining Team Publishing Ltd, 2 Claridge Court, Lower Kings Road, Berkhamsted, Hertfordshire, England HP4 2AF, Storbritannien