Экология металлургического производства и аппараты очистки газов

Москва  2022

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

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

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 
 
Кафедра энергоэффективных и ресурсосберегающих 
промышленных технологий

К.С. Шатохин

ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО 
ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТЫ 
ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Учебник

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4412

УДК 669:66.074 
 
Ш28

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. Т.И. Овчинникова; 
канд. техн. наук, доц. В.А. Капитанов

Шатохин, Константин Станиславович.
Ш28  
Экология металлургического производства и аппараты очистки газов : учебник / К.С. Шатохин. – Москва : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2022. – 
376 с.
ISBN 978-5-907227-98-9

В учебнике изложены различные аспекты концепции устойчивого экологически безопасного развития. Рассмотрены характеристики вредных выбросов при производстве агломерата, кокса и чугуна, выплавке стали и ферросплавов, получении металлических 
отливок и проката. Описаны конструкции и принцип действия 
аппаратов, применяемых для очистки технологических газов, образующихся при различных металлургических переделах. Рассказано о влиянии деятельности предприятия на экологию региона и о 
предотвращении возможного экологического ущерба.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
22.03.02 «Металлургия».

УДК 669:66.074

 Шатохин К.С., 2022
ISBN 978-5-907227-98-9
 НИТУ «МИСиС», 2022

СОДЕРЖАНИЕ

1. Требования российского законодательства  
в области охраны атмосферного воздуха ............................8
1.1. Историческая обусловленность создания  
экологически чистого производства ................................8
1.2. Основные факторы деградации природной среды 
Российской Федерации .................................................9
1.3. Проблемы природопользования .............................11
1.4. Устойчивое экологически безопасное развитие .........15
1.5. Модель общества устойчивого развития и модель 
индустриального (экономического) общества .................17
1.6. Отсутствие альтернативы устойчивому развитию .....19
1.7. Проект концепции устойчивого развития России .....21
1.8. Основные компоненты и принципы экологически 
чистого производства..................................................25
1.9. Связь чистого производства с жизненным циклом 
товара ......................................................................27
1.10. Направления технической политики, нацеленные 
на комплексное использование природных ресурсов .......28
1.11. Экологическое право ..........................................38
1.12. Классификация основных процессов очистки .........44
1.13. Основные определения газоочистки ......................57
1.14. Физические свойства аэрозолей ............................65
1.15. Воздействие черной металлургии на окружающую 
среду ........................................................................68
1.16. Воздействие металлургических предприятий 
на атмосферу .............................................................69
1.17. Сточные воды металлургического производства .....74
1.18. Твердые отходы металлургических предприятий ....78
1.19. Загрязнение окружающей среды предприятиями 
металлургической отрасли ..........................................80
1.20. Классификации загрязнений ...............................83
Контрольные вопросы ................................................90

2. Основные металлургические процессы как источник 
выбросов в атмосферу ...................................................92
2.1. Улавливание пыли в углеподготовительных цехах 
и при обогащении углей перед коксованием ...................92

ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

2.2. Снижение выбросов при загрузке коксовых печей ....96
2.3. Снижение выбросов при выдаче кокса .................. 106
2.4. Пылеподавление при тушении кокса 
и на коксосортировке ............................................... 111
2.5. Очистка газов при производстве кокса .................. 117
2.6. Защита атмосферы от вредных выбросов 
агломерационного производства и производства  
окатышей ............................................................... 120
2.7. Защита естественных водоемов от загрязнения 
сточными водами агломерационного производства ....... 126
2.8. Уменьшение выбросов агломерационного  
производства технологическим путем ......................... 127
2.9. Защита атмосферы от вредных выбросов  
доменного производства ............................................ 129
2.10. Защита естественных водоемов от загрязнений 
сточными водами доменного производства .................. 137
2.11. Уменьшение вредных выбросов доменного 
производства технологическим путем ......................... 141
2.12. Защита атмосферы и естественных водоемов 
от вредных выбросов и сточных вод ферросплавного 
производства ........................................................... 142
2.13. Уменьшение вредных выбросов ферросплавного 
производства технологическим путем ......................... 149
2.14. Защита атмосферы от вредных воздействий 
конвертерного и электросталеплавильного  
производства ........................................................... 153
2.15. Защита естественных водоемов 
от загрязнения сточными водами конвертерного 
и электросталеплавильного производства .................... 165
2.16. Уменьшение вредных выбросов  
сталеплавильного производства технологическим  
путем ..................................................................... 167
2.17. Защита атмосферы от вредных выбросов  
литейного производства ............................................ 169
2.18. Защита естественных водоемов от загрязнений 
сточными водами литейного производства ................... 175
2.19. Уменьшение вредных выбросов литейного 
производства технологическим путем ......................... 177

СОДЕРЖАНИЕ

2.20. Защита атмосферы от вредных воздействий 
прокатного производства .......................................... 178
2.21. Защита естественных водоемов от загрязнений 
сточными водами прокатного производства ................. 184
2.22. Уменьшение вредных выбросов прокатного 
производства технологическим путем ......................... 187
Контрольные вопросы .............................................. 189

3. Принципы работы пылегазоулавливающих аппаратов ... 192
3.1. Улавливание грубой пыли ................................... 192
3.2. Пылевая осадительная камера ............................. 193
3.3. Жалюзийные пылеуловители .............................. 194
3.4. Радиальные пылеуловители (пылевые мешки) ....... 196
3.5. Улавливание пыли в циклонах.  
Батарейные циклоны (мультициклоны) ...................... 197
3.6. Вихревые пылеуловители ................................... 201
3.7. Ротационные пылеуловители .............................. 204
3.8. Очистка газов от тонкой пыли. Общие сведения 
о фильтровании ....................................................... 206
3.9. Волокнистые и тканевые фильтры ....................... 207
3.10. Зернистые и металлокерамические фильтры ........ 211
3.11. Фильтры-туманоуловители ............................... 215
3.12. Воздушные фильтры......................................... 218
3.13. Мокрое пылеулавливание. Пылеулавливающие 
аппараты с промывкой газа жидкостью ....................... 218
3.14. Форсуночные скрубберы ................................... 220
3.15. Скрубберы Вентури .......................................... 223
3.16. Динамические газопромыватели ........................ 225
3.17. Пылеуловители с осаждением пыли на пленку 
жидкости. Мокрые аппараты центробежного  
действия ................................................................. 227
3.18. Мокрые аппараты ударно-инерционного  
действия ................................................................. 229
3.19. Тарельчатые газоочистные аппараты .................. 232
3.20. Аппараты с псевдоожиженной шаровой  
насадкой ................................................................. 235
3.21. Элементы конструкций электрофильтров ............ 236
3.22. Однозонные унифицированные сухие  
электрофильтры ...................................................... 245

ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

3.23. Мокрые трубчатые однозонные электрофильтры ....250
3.24. Двухзонные электрофильтры ............................. 253
3.25. Перспективы развития конструкций  
пылеуловителей ...................................................... 255
3.26. Основы процесса физической абсорбции .............. 257
3.27. Абсорбционные аппараты и установки ................ 260
3.28. Адсорберы и ионообменные аппараты.  
Изотермы адсорбции ................................................ 264
3.29. Виды и характеристики адсорбентов ................... 267
3.30. Адсорберы с неподвижным и кипящим слоем 
поглотителя ............................................................ 268
3.31. Ионообменная очистка газов .............................. 271
3.32. Общие рекомендации по выбору газоочистных 
аппаратов ............................................................... 273
Контрольные вопросы .............................................. 277

4. Эффективность и достаточность очистки  
технологических газов металлургического  
производства .............................................................. 279
4.1. Мероприятия по улавливанию пыли и газов 
металлургического производства. 
Санитарная охрана атмосферного воздуха ................... 279
4.2. Планировочные мероприятия по снижению  
приземных концентраций вредных веществ ................ 284
4.3. Технологические мероприятия по снижению  
вредных выбросов в атмосферу .................................. 285
4.4. Экобалансы – критерий перспективности 
промышленных технологий ...................................... 288
4.5. Пример расчета экобаланса ................................. 292
4.6. Цели и задачи экологической паспортизации ........ 298
4.7. Порядок экологической паспортизации объектов. 
Методологические особенности экологической 
паспортизации промышленных объектов  
и технологий ........................................................... 301
4.8. Перспективы развития малоотходных производств 
в черной металлургии ............................................... 304
4.9. Основные направления сокращения выбросов  
и отходов предприятий черной металлургии ................ 309
4.10. Новые направления металлургического  

СОДЕРЖАНИЕ

производства ........................................................... 312
4.11. Основные пути сокращения водопотребления 
предприятиями черной металлургии .......................... 318
4.12. Использование отходов предприятий черной 
металлургии ........................................................... 320
4.13. Цели и задачи экологического контроля, 
его организация и структура ..................................... 325
4.14. Инженерно-методические вопросы нормирования 
экологического контроля .......................................... 326
4.15. Комплексный инженерно-экологический  
мониторинг ............................................................. 327
4.16. Характеристика технических средств  
получения и обработки информации в составе  
комплексного мониторинга ....................................... 332
4.17. Экологический ущерб ....................................... 333
4.18. Ответственность за нарушение экологического 
законодательства ..................................................... 337
4.19. Санитарно-защитная и экозащитная зоны ........... 342
4.20. Санитарная классификация промышленных  
объектов и производств ............................................. 346
4.21. Инвентаризация выбросов вредных  
(загрязняющих) веществ в атмосферный воздух 
и их источников ....................................................... 348
4.22. Методы определения количественных  
и качественных характеристик выделений  
и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ........... 359
4.23. Учет нестационарности выбросов ....................... 366
4.24. Новые направления в развитии способов защиты 
воздушного бассейна металлургических предприятий. 
Снижение вредных выбросов и совершенствование 
газоочистных аппаратов и установок .......................... 368
4.25. Повышение уровня безотходности производства ... 370
4.26. Оптимизация очередности внедрения  
мероприятий по защите воздушного бассейна. 
Рациональное распределение топлива с целью  
уменьшения загрязнения атмосферы .......................... 372
Контрольные вопросы .............................................. 373

Библиографический список ......................................... 375

1. ТРЕБОВАНИЯ РОССИЙСКОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА 
В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

1.1. Историческая обусловленность создания 
экологически чистого производства

Устойчивое развитие Российской Федерации, высокое качество жизни и здоровья ее населения, а также национальная безопасность могут быть обеспечены только при условии 
сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды. Для этого необходимо 
формировать и последовательно реализовывать единую государственную политику в области экологии, направленную на 
охрану окружающей среды и рациональное использование 
природных ресурсов. Сохранение и восстановление природных систем должно быть одним из приоритетных направлений деятельности государства и общества.
К числу основных факторов деградации природной среды 
на мировом уровне относятся:
 
– рост потребления природных ресурсов при сокращении 
их запасов;
 
– увеличение численности населения планеты при сокращении территорий, пригодных для проживания людей;
 
– деградация основных компонентов биосферы, включая 
сокращение биологического разнообразия, связанное с этим 
снижение способности природы к саморегуляции и, как следствие, невозможность существования человеческой цивилизации;
 
– возможные изменения климата и истощение озонового 
слоя Земли;
 
– возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф;
 
– продолжающиеся военные конфликты и террористическая деятельность;
 
– недостаточный для перехода к устойчивому развитию 
человеческой цивилизации уровень координации действий 
мирового сообщества в области решения экологических проблем и регулирования процессов глобализации.

1. ТРЕБОВАНИЯ РОССИЙСКОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ...

Россия играет ключевую роль в поддержании глобальных 
функций биосферы, так как на ее обширных территориях, занятых различными природными экосистемами, представлена 
значительная часть биоразнообразия Земли. Масштабы природно-ресурсного, интеллектуального и экономического потенциала Российской Федерации обусловливают важную роль 
России в решении глобальных и региональных экологических 
проблем.

1.2. Основные факторы деградации природной среды 
Российской Федерации

Уникальный природно-ресурсный потенциал России при 
его эффективном использовании является одной из важнейших предпосылок устойчивого развития страны как в настоящее время, так и на длительную перспективу.
Специфическими особенностями природно-ресурсного потенциала страны являются его разнообразие, а также масштабность и комплексность входящих в него элементов. Одновременно для природных ресурсов России во многих случаях 
характерны, с одной стороны, слабая вовлеченность в хозяйственное использование, а с другой – сложность и высокий 
уровень затрат по их освоению.
В частности, Российская Федерация занимает одно из первых мест в мире по запасам многих важнейших полезных ископаемых; количество видов минерального сырья, разведанных на ее территории, практически не имеет аналогов в мире. 
В долгосрочной перспективе все большее значение должны 
иметь прогнозные запасы, наличие которых также весьма велико (в первую очередь газа и нефти в шельфовой зоне). Активное участие в изучении и освоении ресурсов Мирового 
океана в условиях продуманной политики может еще более 
упрочить позиции России в мировом природно-ресурсном потенциале, укрепить ее геополитическое влияние в сообществе 
стран мира.
Земельный фонд государства уникален как по площади, 
так и по качеству сельскохозяйственных угодий, расположенных в ряде регионов. Первое место остается за Россией по тер

ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И АППАРАТЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

ритории, покрытой лесом, и запасам лесных ресурсов. Весьма 
высок в стране объем среднегодового речного стока (второе 
место в мире) и запасов пресной воды в озерах (первое место); 
такое наличие важнейшего природного богатства – водных 
ресурсов – обеспечивает в перспективе для России в условиях 
прогнозируемого тотального дефицита воды весьма благоприятные условия развития. Российская Федерация имеет выход 
к значительному числу морей, богатых промысловыми рыбными запасами и другими водными биоресурсами. Весьма разнообразен по видовому составу и в количественном отношении 
животный мир страны. Общепланетарное значение имеет комплекс особо охраняемых природных территорий. Огромные 
потенциальные возможности имеют рекреационные ресурсы 
государства как для самой России, так и для населения многих стран мира.
В Российской Федерации сохранились крупнейшие в мире 
участки территорий с мало нарушенными естественными 
экосистемами, которые занимают около половины площади 
страны, т.е. более 8 млн км2. Вместе с прилегающими территориями они образуют северный Евроазиатский центр стабилизации окружающей среды общей площадью около 13 млн км2, 
который, в принципе, обеспечивает экологическую безопасность России и сопредельных стран.
Все вышеуказанное определяет роль и место России в мировом хозяйственном процессе и общепланетарной защите 
биосферы, налагает серьезные обязательства по сохранению 
природно-ресурсного потенциала для будущих поколений и 
одновременно обеспечивает определенные права и уникальные возможности социально-экономического развития.
Однако кризисное состояние экономики, стратегические 
ошибки в осуществлении реформ, а также допущенные в 
предшествующий период, отсутствие единых подходов в осуществлении государственной политики в сфере природопользования, недостаточный учет как особенностей, так и общих 
проблем, связанных с различными видами естественных ресурсов в части их воспроизводства, использования и охраны, 
привели к тому, что практика хозяйствования и управления в 
отраслях природно-ресурсного комплекса оказалась в весьма 
тяжелых условиях.