INFORMACJA TECHNICZNA INSTALACJA CHŁODNICZA O MOCY 60 MW Z CZTEREMA PODAJNIKAMI TRÓJKOMOROWO-RUROWYMI P.E.S. (KOPALNIA MOAB KHOTSONG, POŁUDNIOWA AFRYKA) WWW.SIEMAG-TECBERG.COM
InformacjA techniczna INSTALACJA CHŁODNICZA O MOCY 60 MW Z CZTEREMA PODAJNIKAMI TRÓJKOMOROWO-RUROWYMI P.E.S. W 2005 roku firma Siemag Tecberg (Pty) Ltd. (100% zależna spółka niemieckiej firmy Siemag Tecberg GmbH w Haiger) z siedzibą w Johanesburgu, RPA otrzymała zamówienie na konstrukcję i dostawę 4 kompletnych systemów z podajnikiem trójkomorowo rurowym (cztery systemy P.E.S.) dla klimatyzacji centralnej w kopalni złota MOAB KHOTSONG. Zastosowana zdolność chłodnicza rzędu 60MW czyni instalację chłodniczą firmy SIEMAG TECBERG największą jednostką na całym świecie. Kopalnia zlokalizowana jest około 240 km na południe od Johanesburga i jest własnością południowo-afrykańskiego producenta złota AngloGold Ashanti. Zgodnie z projektem technicznym, woda lodowa w ilości 2 x 1150m³/h o temperaturze 1,5 C jest transportowana z powierzchni dwoma preizolowanymi rurociągami szybowymi DN400, PN150 do dwóch równoległych podajników trójkomorowo rurowych DN300, PN150 na poziomie 1200m. Po redukcji ciśnienia w podajniku z 125bar do 3bar, woda o temperaturze 2 C trafia do tzw. zbiorników wody lodowej na poziomie 1200m. W tym samym czasie woda ciepła (powracająca) o temperaturze 25 C jest pompowana w obiegu zredukowanego ciśnienia w odwrotnym kierunku ze zbiornika wody ciepłej do podajnika, gdzie następuje odwrotna wymiana ciśnienia z 3bar do 125bar. Woda ciepła W kopalniach Republiki Południowej Afryki rudy złota eksploatowane są z poziomów zalegających nawet 4000m pod powierzchnią ziemi i następnie transportowane na powierzchnię do zakładów przeróbczych. W rejonach tzw. żył złota temperatura pierwotna skał sięga 55 C i więcej. Zastosowanie ciężkiego sprzętu pod ziemią zwiększa zdolności produkcyjne, podnosząc jednocześnie temperaturę otoczenia. Ponadto, z uwagi na duże ilości wody niezbędne w procesie wiercenia, wilgotność powietrza kopalnianego jest bardzo wysoka. Co więcej - w zależności od położenia kopalni - temperatura powietrza przy wlocie do szybu nierzadko sięga 32 C w okresie letnim. Wysokociśnieniowe pompy o mocy około 3 x 2500kW na poziomach 1200m / 2400m Część powietrza zatłaczana do wyrobisk podziemnych jest wstępnie chłodzona na powierzchni. Biorąc jednak pod uwagę wszystkie czynniki, można śmiało stwierdzić, że eksploatacja żył złota byłaby niemożliwa bez odpowiedniego systemu chłodzenia. Aby efektywnie schłodzić powietrze w wyrobiskach górniczych do temperatury poniżej 30 C, należy wyprodukować olbrzymie ilości czynnika chłodzącego w powierzchniowej stacji chłodniczej i następnie przetransportować je rurociągami w głąb szybu. Systemy z zastosowaniem podajnika trójkomorowo rurowego (systemy P.E.S.) są zabudowane w bliskiej odległości od szybu na poziomach 1200m i 2400m. System P.E.S. (podajnik trójkomorowo rurowy) na poziomie 2400m
Kopalnia MOAB KHOTSONG, 240km na południowy zachód od Johanesburga, źródło: AngloGold Ashanti poprzez rurociąg szybowy DN400 trafia do powierzchniowej stacji do powtórnego ochłodzenia. Oba procesy przebiegają przy niskim poborze mocy pomp pwierzchniowych, które jedynie wymuszają sztuczny obieg wody lodowej (oszczędność energii/zasada U-rurki). To znacząco eliminuje konieczność pracy wysokociśnieniowych pomp o mocy około 3 x 2500kW (diagram poniżej). W południowoafrykańskim górnictwie rud złota, wysokociśnieniowe pompy są podstawowym wyposażeniem bezpieczeństwa każdej kopalni. Wyżej wspomniane wysokociśnieniowe pompy pozostają wyłączone podczas pracy instalacji chłodniczej z wykorzystaniem podajnika trójkomoroworurowego. W kolejnym etapie, ten sam proces jak opisany powyżej ma miejsce pomiędzy poziomami 1200m a 2400m. Dla potrzeb tego projektu, zakładającego osiągnięcie mocy chłodniczej rzędu 60MW poniżej poziomu 2400m, SIEMAG TECBERG połączył po raz pierwszy dwa systemy P.E.S. szeregowo. By zasięgiem objąć także rejony na poziomie 3200m, dwa kolejne systemy P.E.S. są obecnie planowane dla kopalni MOAB KHOTSONG.
Poprawa bilansu energii cieplnej W trakcie obsługi systemu P.E.S. bilans energii cieplnej jest udoskonalony w odniesieniu do tradycyjnego układu pracy pomp o 2 x ok. 1,5 C = 3 C. Dla całkowitej objętości 2300m³ wody chłodzącej na godzinę daje to nadmiar cieplny w ilości około 8000kW co jest równoznaczne z nadwyżką elektryczną rzędu 1600kW. Powodem tego jest fakt, że temperatura wody ulega podwyższeniu na skutek pracy pomp, np. dla 120bar jest to strata wielkości 1,7 C. W dodatku ciepło wytwarzane przez silniki mocy 2500kW powoduje dalsze pogorszenie się ogólnego klimatu w kopalni. UDOSKONALENIE EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ Udoskonalenie efektywności energetycznej zostało osiągnięte w następujący sposób: System z podajnikiem trójkomorowo rurowym (system P.E.S.) w kopalni MOAB KHOTSONG wykorzystuje energię zimnej wody (2 C) płynącą rurociągami w dół do transportu wody ciepłej (25 C) z powrotem na powierzchnię (zasada U-rurki). System ten zmniejsza zużycie energii o około 70% w porównaniu do tradycyjnych systemów. Jedynie straty ciśnienia powstałe w rurociągach szybowych są wliczane w koszta obsługi obiegu pierwotnego układu chłodzenia. Level -1.200 m P.E.S. PLANY NA PRZYSZŁOŚĆ: Nowa technologia opatentowana przez SIEMAG TECBERG umożliwia szeregowe połączenie dwóch systemów P.E.S. bez użycia zbiorników na poziomie 1200m. Pozwala to po raz pierwszy na doprowadzenie do chłodnic powietrza na poziomie 2400m wody lodowej o temperaturze ok. 3 C. Level 77-2.400 m P.E.S. Schemat przepływu ogólnej koncepcji chłodzenia MOAB KHOTSONG MINE
Dane techniczne Ilość podajników trójkomorowo rurowych (systemów P.E.S.) Lokalizacja 1 Lokalizacja 2 Przepływ wody przez jeden podajnik (system P.E.S.) Przepływ całkowity przez dwa podajniki (dwa systemy P.E.S.) Zawory główne / komory rurowe Elektryczny system sterowania Preizolowany rurociąg szybowy (woda zimna) Rurociąg szybowy (woda ciepła) Temperatura wody zimnej Temperatura wody powrotnej (ciepłej) Ciśnienie nominalne, obieg pierwotny Ciśnienie nominalne, obieg wtórny Moc chłodnicza Długość całkowita każdego podajnika trójkomorowo rurowego (systemu P.E.S.) 4 Poziom -1,200 m Poziom 77-2,400 m 1,150 m³/h 2,300 m³/h DN300, PN150/DN600, PN150 Oprogramowanie centralne z panelem dotykowym 2 x DN400 2 x DN400 ok. 2.2 C (poziom -1,200 m) ok. 25 C (poziom -2,400 m) 125 bar 16 bar max. 60 MW 37 m Moc chłodnicza rzędu 60MW wytwarzana na powierzchni jest transportowana do chłodnic powietrza obiegu wtórnego poprzez 4 podajniki trójkomorowo rurowe (systemy P.E.S.) z bardzo wysoką efektywnością. W porównaniu do innych systemów, systemy P.E.S. są w stanie osiągnąć znaczne oszczędności energii przy zachowaniu wysokiego stopnia dostępności dla układu. Potencjał przesunięcia obciążenia z planowanymi rocznymi oszczędnościami energii Z projektu wynika, że doprowadzenie wody zimnej do kopalni Great Noliqwa/ MOAB ma znaczny wpływ na wydajność (moc chłodniczą) podajnika trójkomorowo - rurowego systemu P.E.S. na poziomie-2.400 m. Po zaprzestaniu doprowadzania wody do kopalni Great Noliqwa całkowity roczny potencjał oszczędności mógłby wzrosnąć prawie dwukrotnie. Obliczeniowa wartość oszczędności finansowych w okresie od roku 2008 do 2019, w którym doszłoby do realizacji projektu przesunięcia obciążenia w systemie pomp wodnych, w połączeniu z systemem trójkomorowego podawania cieczy, wyniosłaby około 51 milionów Randów. (informacje od klienta) Diagram przepływu pokazuje ogólną koncepcję systemu chłodzenia w kopalni MOAB KHOTSONG podczas otwarcia w dniu 14 sierpnia 2008. Diagram przepływu.ogólna koncepcja chłodzenia kopalni MOAB KHOTSONG podczas otwarcia.