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. 

Рис. 1.5. Схемы обеспыливания отходящих газов обжиговых печей 
кипящего слоя цинкового производства  
с охлаждаемыми стояками (а), с котлом-утилизатором (б):  
1 – печь; 2 – пылевая камера; 3 – охлаждаемы стояк;  
4 – группа циклонов; 5 – вентилятор; 6 – сухой электрофильтр;  
7 – туннельный котел-утилизатор 

1.1.5. Очистка газов вращающихся трубчатых печей 
(вельцпечей) цинкового производства 

В отходящих газах вельцпечей содержится 15...21 % СО2, сернистые 
соединения присутствуют в незначительных количествах (0,1 % SO2). 
Температура газов на выходе из печей 500...700 оС, запыленность 
100...110 г/м3, средний размер частиц пыли 1,5 мкм. В пыли вельцпечей 
содержится, % масс.: 60...70 Zn; 15 S; 0,5...1,0 Cd; 0,2...0,4 Cu. 
Наиболее распространенная схема очистки отходящих газов 
вельцпечей приведена на рис. 1.6, а). Запыленность газов после рукавных фильтров составляет 0,04...0,10 г/м3. 
При гидрометаллургической переработке уловленной пыли целесообразно применять мокрые методы очистки (см. рис. 1.6, б). 

 

Рис. 1.6. Схемы очистки от пыли газов вращающихся трубчатых печей 
(вельцпечей) цинкового производства  
с рукавными фильтрами (а), со скрубберами Вентури (б):  
1 – печь; 2 – осадительная камера; 3 – поверхностный охладитель;  
4 – подсос воздуха; 5 – рукавный фильтр; 6 – дымосос;  
7 – дымовая труба; 8 – труба Вентури; 9 – каплеуловитель 

1.2. Пылеулавливание в медной промышлености 

В зависимости от исходного сырья и особенностей выплавки медеплавильные заводы можно разделить на три группы: выплавляющие медь из первичного сырья (руды или концентратов); перерабатывающие вторичное сырье (латунный, бронзовый лом и т.п.); медно-серные, в которых выплавка меди сочетается с одновременным 
получением элементарной серы. Так как во всех этих случаях технология получения меди различна, соответственно изменяются и схемы 
очистки газов. 

1.2.1. Очистка газов на заводах, выплавляющих медь 
из первичного сырья 

Некоторые данные, характеризующие основные источники газовыделений на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья, 
приведены в табл. 1.2. 
Применение мокрых методов очистки ограничивается наличием 
сернистых соединений в газах, вызывающих активную коррозию 
оборудования, а также использованием высокосернистых технологических газов для получения серной кислоты. Наиболее часто применяемые схемы очистки технологических газов на различных переделах производства меди приведены на рис. 1.7. 
Сушилки концентратов. Для тонкой очистки газов сушильных 
барабанов широко применяются мокрые методы очистки преимущественно в скрубберах Вентури (см. рис. 1.7, а). Содержание SO2 в 
газах сушилок невелико (см. табл. 1.2), однако, следует защитать 
корпуса аппаратов от коррозии и предусмотреть эффективное улавливание капель, выносимых из аппаратов. 
Обжиговые печи. Из многоподовых печей газы, имеющие повышенную температуру 300...400 оС, поступают по футерованным газопроводам в электрофильтры без предварительного охлаждения 
(см. рис.1.7, б). Газы обжиговых печей КС вследствие более высокой 
температуры и значительной запыленности (800...900 г/м3) охлаждают в стояках и очищают в циклонах от грубой пыли (см.рис. 1.7, в). 
Концентрация пыли в газе, поступающем на электрофильтры, не 
должна превышать 20...30 г/м3. Для получения запыленности на выходе из системы очистки порядка 0,1 г/м3 скорость газа в сухих электрофильтрах не должна превышать 0,5...0,6 м/с.