Экология металлургического производства : расчеты аппаратов газоочистки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 342 

Кафедра цветных металлов и золота

Е.В. Богатырева 
Ю.О. Колчин 
Л.С. Стрижко 

Экология металлургического 
производства 

Расчеты аппаратов газоочистки 

Учебное пособие 

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия  
для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по направлению Металлургия 

Москва  2011 

УДК 669.504 
 
Б73 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, проф. В.А. Муравьев 

Богатырева, Е.В. 
Б73 
 
Экология металлургического производства : расчеты аппаратов 
газоочистки : учеб. пособие / Е.В. Богатырева, Ю.О. Колчин, 
Л.С. Стрижко. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2011. – 95 с. 
ISBN 978-5-87623-535-0 

Пособие содержит краткое описание конструкций газоочистных и пылеулавливающих аппаратов металлургического производства и применяемых в 
цветной металлургии технологических схем пыле- и газоулавливания. Даны 
примеры расчетов аппаратов и варианты для самостоятельного решения. В 
приложениях приведены справочные материалы. 
Учебное пособие предназначено для самостоятельного выполнения расчетов основных газоочистных аппаратов при выполнении домашних заданий 
по курсу «Экология металлургического производства» для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия» и по специальности «Металлургия цветных металлов». Может быть использовано в дипломном проектировании при выполнении раздела «Охрана окружающей среды». 
УДК 669.504 

ISBN 978-5-87623-535-0 
© Богатырева Е.В., 
Колчин Ю.О., 
Стрижко Л.С., 2011 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................5 
1. Очистка газов в цветной металлургии................................................6 
1.1. Очистка газов в свинцовом и цинковом производствах............6 
1.1.1. Обеспыливание отходящих газов агломерационных 
машин................................................................................................6 
1.1.2. Очистка отходящих газов шахтных печей  
для выплавки чернового свинца.....................................................8 
1.1.3. Очистка газов купеляционных печей  
и шлаковозгоночных установок .....................................................9 
1.1.4. Обеспыливание отходящих газов обжиговых печей 
кипящего слоя (КС) цинкового производства.............................10 
1.1.5. Очистка газов вращающихся трубчатых печей 
(вельцпечей) цинкового производства.........................................11 
1.2. Пылеулавливание в медной промышлености...........................12 
1.2.1. Очистка газов на заводах, выплавляющих медь  
из первичного сырья......................................................................12 
1.2.2. Очистка газов на медеплавильных заводах  
при переработке вторичного сырья..............................................16 
1.2.3. Обеспыливание газов на медно-серных заводах...............18 
1.3. Очистка газов в производстве никеля .......................................18 
1.4. Очистка газов в производстве глинозема  
и легких цветных металлов ...............................................................20 
1.4.1. Очистка газов в производстве глинозема..........................21 
1.4.2. Очистка газов в производстве алюминия..........................22 
1.4.3. Очистка газов в производстве магния................................24 
1.5. Очистка газов в производстве редких металлов ......................26 
1.5.1. Очистка газов в производстве тугоплавких металлов......26 
1.5.2. Очистка газов в производстве рассеянных металлов.......28 
2. Основные аппараты для очистки газов ............................................29 
2.1. Аппараты сухой очистки газов от пыли....................................29 
2.1.1. Пылеосадительные камеры.................................................29 
2.1.2. Циклоны................................................................................31 
2.1.3. Батарейный циклон..............................................................40 
2.1.4. Рукавный фильтр .................................................................44 
2.1.5. Зернистый фильтр................................................................51 
2.2. Аппараты мокрой очистки газов от пыли.................................54 
2.2.1. Форсуночный скруббер.......................................................54 

2.2.2. Скрубберы Вентури.............................................................58 
2.2.3. Труба Вентури......................................................................63 
2.3. Электрическая очистка газов от пыли.......................................66 
2.4. Сорбционные методы очистки...................................................75 
Библиографический список...................................................................80 
Приложения ............................................................................................81 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Разнообразие физико-химических свойств цветных и редких металлов и технологий их получения предопределяет большое различие 
свойств и составов выделяющейся пыли и отходящих газов в металлургических агрегатах. В связи с этим в первой части пособия рассмотрены некоторые схемы очистки отходящих газов аппаратов 
цветной металлургии, а во второй – приведены расчеты основных 
аппаратов газоочистки. Для индивидуальной работы даны варианты 
заданий для самостоятельного решения и необходимые справочные 
материалы. 
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
направлению «Металлургия» и специальности «Металлургия цветных металлов», изучающих дисциплину «Экология металлургического производства». 

1. ОЧИСТКА ГАЗОВ  
В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 

1.1. Очистка газов в свинцовом  
и цинковом производствах 

Токсичность свинцовой пыли предопределяют особую важность 
очистки отходящих газов при производстве свинца. Основными источниками пылевыделения в свинцовом производстве являются: 
– агломерационные машины; 
– шахтные печи; 
– купеляционные печи; 
– шлаковозгоночные установки. 
Основными источниками пылевыделения в производстве цинка 
являются: 
– обжиговые печи кипящего слоя; 
– трубчатые печи (вельцпечи). 

1.1.1. Обеспыливание отходящих газов 
агломерационных машин 

В свинцовом производстве применяют агломерационные машины 
двух типов: с просасыванием и с дутьем снизу. Характеристики газов 
и пыли приведены в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 

Основные характеристики газов и пыли агломерационных машин  
свинцового производства 

Агломерационные машины 
Характеристика 
с просасыванием 
с дутьем снизу 

Температура газов, оС 
Запыленность газов, г/м3 

Содержание SO2 в газе, % об. 
Размер частиц пыли, мкм 

130...180 
1,5...2,5 
0,5...1,5 
0,5...1 

200...250/470...520* 
12,5/11,8 
5...6/1,5...2,0 
0,5...1 

* В числителе – богатые газы, в знаменателе – бедные газы. 

Богатые газы (5...6 % SO2) пригодны для производства серной кислоты, а бедные (1,5...2,0 % SO2) для этой цели не рентабельны. Во 
всех случаях газы содержат пыль, для улавливания которой необходимы ступенчатые схемы очистки. Мокрые способы очистки не же

лательны вследствие возможности интенсивной коррозии оборудования, связанной с образованием серной кислоты. 
Схемы, применяемые для тонкого обеспыливания газов агломашин, работающих с просасыванием, приведены на рис. 1.1. Запыленность газов на выходе из электрофильтра по схеме, показанной на 
рис. 1.1, а составляет 0,15 г/м3, а на рис. 1.1, б – 0,025...0,05 г/м3. 

 

Рис. 1.1. Схемы, применяемые для тонкого обеспыливания газов 
агломашин, работающих с просасыванием: с сухими 
электрофильтрами (а), с тканевыми электрофильтрами (б): 
1 – агломашина; 2 – циклон; 3 – эксгаустер1; 4 – полый скруббер;  
5 – сухой электрофильтр; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба;  
8 – рукавный фильтр; 9 – подсос воздуха 

Химический состав пыли, %: 45...50 Pb; 6...8 S; 2,8...3,2 Zn; 
0,1...0,35 Cd; 0,7...0,8 Cu; 0,1...0,15 As; 0,45 Sb. 
Схема очистки от пыли газов агломерационных машин с дутьем 
снизу приведена на рис. 1.2. Запыленность газов на выходе из электрофильтра составляет 0,013 г/м3, а после рукавного фильтра – 
0,04 г/м3. 

––––––––– 
1 Эксгаустер (англ. exhauster, от exhaust – высасывать) – вентилятор, создающий 
разрежение. Назначение – отсасывать воздух, газы, отходы производства. 

4

1

6

5
3
2
2

2

3
10

9

8

7

 

Рис. 1.2. Схема очистки от пыли газов  
агломерационных машин с дутьем снизу:  
1 – агломерационная машина; 2 – циклон;  
3 – вентилятор; 4 – полый скруббер; 5 – сухой электрофильтр;  
6 – рукавный фильтр; 7 – смеситель; 8 – подсос воздуха;  
9 – поверхностный охладитель; 10 – дымовая труба;  
газ 1 – богатый газ (≥ 5% SO2); газ 2 – бедный газ (≤ 2 % SO2) 

1.1.2. Очистка отходящих газов шахтных печей  
для выплавки чернового свинца 

Газы шахтных печей имеют температуру 200...300 оС и следующий химический состав, % об.: 15 СО2; 16 СО; 1 О2; 0,05...0,1 SO2. 
Запыленность газов 8...17 г/м3 при среднем размере частиц 
0,6...0,8 мкм. В пыли шахтных печей содержится, % масс.: 55...65 Pb; 
12...20 Zn; 1...3 Cd; 0,4 As; 0,1...0,2 Sb; 6...8 S; 0,4...0,8 Cl. 
При расстройстве нормального хода печи температура отходящих 
газов может возрастать до 800...1000 оС, а запыленность увеличивается до 100 г/м3 и более. 
Низкое содержание в газах сернистого ангидрида допускает применение наряду с сухими мокрых газоочистных аппаратов. 
Схемы, применяемые для обеспыливания газов шахтных печей 
выплавки чернового свинца в аппаратах тонкой очистки (сухих электрофильтрах, рукавных фильтрах, мокрых электрофильтрах, скубберах Вентури), приведены на рис. 1.3. 

Рис. 1.3. Схемы, применяемые для обеспыливания газов  
шахтных печей выплавки чернового свинца  
в сухих электрофильтрах (а), в рукавных фильтрах (б),  
в мокрых электрофильтрах (в); в скрубберах Вентури (г):  
1 – шахтная печь; 2 – циклон; 3 – полый скруббер;  
4 – сухой электрофильтр; 5 – вентилятор;  
6 – рукавный фильтр; 7 – мокрый электрофильтр; 8 – труба Вентури; 
9 – пылеуловитель; 10 – подсос воздуха; 11 – дымовая труба 

На заводах наиболее распространена схема (см. рис. 1.3, б), при 
применении которой остаточная запыленность газа не превышает 
0,02...0,04 г/м3. 
Схема (см. рис. 1.3, г) характеризуется более низкими капитальными затратами, компактностью установки, простотой эксплуатации, 
возможностью осуществления на месте гидрометаллургической переработки уловленной пыли. Однако запыленность уходящих газов в 
этом случае несколько выше и составляет обычно 0,10...0,20 г/м3. 

1.1.3. Очистка газов купеляционных печей  
и шлаковозгоночных установок 

Отходящие газы купеляционных печей имеют температуру 
900...1000 оС и содержат до 16...18 % СО2. Запыленность газов перед 
пылеуловителями тонкой очистки равна 3...6 г/м3, средний размер 

частиц пыли 1,75 мкм. Пыль содержит 60...70 % Pb и до 20 % Zn. 
Схема очистки газов купеляционной печи приведена на рис. 1.4, а. 
Запыленность газа за фильтром составляет 0,02...0,05 г/м3. 
Температура отходящих газов шлаковозгоночных установках достигает 1200 оС. Газы, поступающие на очистку, содержат 6 % СО2 и 
15 % О2. Газы шлаковозгоночных установок характеризуются высокой запыленностью (100...150 г/м3) при среднем диаметре частиц пыли 1,5 мкм. В пыли шлаковозгоночных установок содержится, %: 
20 Pb; 50 Zn; 2 As и 0,11 Sb. Схема очистки газов шлаковозгоночных 
установок приведена на рис. 1.4, б. Запыленность газа за рукавными 
фильтрами обычно не превышает 0,02...0,04 г/м3. 

 

Рис. 1.4. Схемы очистки газов купеляционной печи (а), 
шлаковозгоночной установки (б):  
1 – печь; 2 – поверхностный охладитель; 3 – рукавный фильтр;  
4 – подсос воздуха; 5 – котел-утилизатор; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба 

1.1.4. Обеспыливание отходящих газов обжиговых 
печей кипящего слоя (КС) цинкового производства 

Отходящие газы обжиговых печей КС цинкового производства 
характеризуются высокой температурой (850...900 оС), большой запыленностью (60...130 г/м3) и содержат 9...14 % SO2, средний размер 
частиц пыли ∼3 мкм. Химический состав пыли, % масс.: 40...45 Zn; 
1...4 Pb; 1...2 Cu; 0,3...0,7 Cd; 10...15 S. 
Наиболее распространенная схема обеспыливания отходящих газов печей КС приведена на рис. 1.5, а. Содержание пыли в очищенном газе не превышает 0,1 г/м3. 
Значительно прогрессивнее схема с заменой пылевой камеры, 
стояков и одной ступени циклонов котлом-утилизатором туннельного типа (см. рис. 1.5, б). Содержание пыли в очищенном газе не превышает 0,1...0,15 г/м3.