DE1149020B - Einrichtung zum Trennen von Dampf und Fluessigkeit aus einem Dampf-Fluessigkeits-Gemisch - Google Patents

Einrichtung zum Trennen von Dampf und Fluessigkeit aus einem Dampf-Fluessigkeits-Gemisch

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DE1149020B
DE1149020B DEB41396A DEB0041396A DE1149020B DE 1149020 B DE1149020 B DE 1149020B DE B41396 A DEB41396 A DE B41396A DE B0041396 A DEB0041396 A DE B0041396A DE 1149020 B DE1149020 B DE 1149020B
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Germany
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liquid
vapor
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boiler
steam
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DEB41396A
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English (en)
Inventor
John Jones Happell
Donald Carroll Schluderberg
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Babcock and Wilcox Co
Original Assignee
Babcock and Wilcox Co
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26Steam-separating arrangements
    • F22B37/32Steam-separating arrangements using centrifugal force

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Description

  • Einrichtung zum Trennen von Dampf und Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Trennen von Dampf und Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch, insbesondere aus einem Dampf-Wasser-Gemisch, mit einem vertikalen, langgestreckten, einen oberen Dampfraum und einen unteren Flüssigkeitsraum aufweisenden Druckkessel, der einen Dampfauslaß im oberen Teil des Dampfraumes, einen Flüssigkeitsauslaß im unteren Teil des Flüssigkeitsraumes und einen Speiseflüssigkeitseinlaß unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels aufweist und bei dem in dem Kesselraum mindestens ein senkrecht stehender Wirbelabscheider vorgesehen ist, der einen tangentialen Einlaß für das Dampf-Flüssigkeits Gemisch, einen Dampfauslaß im oberen Ende und einen Flüssigkeitsauslaß im Boden aufweist, und in dem sich eine Übergangsstelle zwischen dem Dampfauslaß und dem Flüssigkeitsauslaß befindet, wo eine Vorrichtung angeordnet ist, welche die Strömung der abgetrennten Flüssigkeit nach unten lenkt.
  • Einrichtungen dieser Art sind bekannt. Bei einer dieser Einrichtungen liegt der Flüssigkeitsspiegel normalerweise unterhalb des Auslasses des Wirbelabscheiders. Ferner ist es bekannt, Wirbelabscheider in eine obere Wirbelkammer zur Zentrifugalabscheidung der Flüssigkeit von dem Dampf und eine untere Abströmkammer zur Abführung der ausgeschiedenen Flüssigkeit zu unterteilen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der Flüssigkeitsspiegel in ihr großen Schwankungen unterliegen kann, wobei er aber, wenn er einen besonders niedrigen Stand erreicht hat, schnell wieder zum Ansteigen gebracht wird.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil eines jeden Wirbelabscheiders unter dem normalen Flüssigkeitsspiegel liegt und dem Speiseflüssigkeitseinlaß ein Dampf-Flüssigkeits-Wärmeaustauscher derart zugeordnet ist, daß die Speiseflüssigkeit unter Verteilung in direkten Wärmeaustausch mit dem Dampf tritt, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter die Austrittsöffnung des Speiseflüssigkeitseinlasses sinkt, wobei im Strömungsweg der Speiseflüssigkeit in dem Kessel Praliflächen vorgesehen sind, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit den Kesselwandungen verhindern, wenn der Flüssigkeitsspiegel erheblich unter den normalen Stand sinkt.
  • Da der größere Teil eines jeden Wirbelabscheiders unter dem normalen Flüssigkeitsspiegel liegt, kann der Flüssigkeitsspiegel stark schwanken. Da andererseits bei starkem Abfall des Flüssigkeitsspiegels sich der Kessel möglichst schnell wieder füllen soll, ist der Dampf - Flüssigkeits - Wärmeaustauscher vorgesehen, der die Speiseflüssigkeit unter Verteilung in direkten Wärmeaustausch mit dem Dampf treten läßt, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter die Austrittsöffnung des Speiseflüssigkeitseinlasses sinkt.
  • Um schließlich zu vermeiden, daß die Wandung des Kessels im Bodenbereich bei äußerstem Absinken des Flüssigkeitsspiegels der unmittelbaren Einwirkung der Speiseflüssigkeit unterworfen ist und somit starken inneren Spannungen ausgesetzt wird, sind im Strömungsweg der Speiseflüssigkeit in dem Kessel Prallflächen vorgesehen, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit den Kesselwandungen verhindern.
  • Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellt dar Fig. 1 einen Dampf-Flüssigkeits-Ke&sel erfindungsgemäßer Ausführung im Vertikalschnitt, Fig. 2 den Grundriß zu Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt nach Linie 3-3 zu Fig. 1, Fig. 4 den Schnitt nach Linie 4-4 zu Fig. 1, Fig. 5 den Schnitt nach Linie 5-5 zu Fig. 1, Fig. 6 eine Seitenansicht eines Wirbelabscheiders, Fig. 7 den Schnitt nach Linie 7-7 zu Fig. 6, Fig. 8 den Schnitt nach Linie 8-8 zu Fig. 6, Fig. 9 den Vertikalschnitt des Wärmeaustauschers, Fig. 10 den Schnitt nach Linie 10-10 zu Fig. 9 und Fig. 11 den Schnitt nach Linie 11-11 zu Fig. 9.
  • Fig. 1 zeigt eine vertikale, langgestreckte Dampf-Flüssigkeits-Trommel 10, die aus einem zylindrischen Mantel 12, einem oberen Abschlußkopf 14 und einem unteren, halbkreisförmigen Abschluß 16 besteht.
  • Diese Trommel bestimmt ein Volumen, in welchem der normale Flüssigkeitsstand 18 den oberen Dampfraum 20 von dem unteren Flüssigkeitsraum 22 trennt.
  • Das Dampf-Flüssigkefts-Gemisch wird einer Einlaßkammer 25 im Inneren des trommelförmigen Kessels über Einlaßstutzen 24 zugeführt. Die erwähnte Kammer wird begrenzt durch eine ringförmige (zylindrische) Wand 26, die mit der zylindrischen Wand 12 einen Ringraum einschließt, ferner durch einen Deckel 28 und einen Boden 30. Auf einem Kreis ist eine Vielzahl von Dampf und Flüssigkeit trennenden Wirbelabscheidern 32 am Umfang der Trommel angeordnet.
  • Diese Wirbelabscheider erhalten das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch aus der Kammer 25 über tangentiale Einlässe 34. Jeder der Abscheider versetzt das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch in eine Wirbelbewegung hoher Geschwindigkeit, so daß sich der leichte Dampf von der schwereren Flüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft trennt. Die Flüssigkeit strömt aus dem Abscheider in den Flüssigkeitsraum 22 des Kessels, mischt sich dort mit der Flüssigkeit in der Trommel und fließt durch einen Wirbelzerstörer 40 zu einem Abzugstutzen 42.
  • Der abgeschiedene Dampf strömt am oberen Ende eines jeden Wirbelabscheiders über einen Druckverteiler 44 in den Dampfraum 20. Auf diesem Weg wird der Dampf in einem aus einer Vielzahl von Platten bestehenden Reiniger 45 gereinigt und streicht dann zur weiteren Reinigung über perforierte Platten 46 zu dem Dampfauslaß 48.
  • Die Trommel ist an ihrem oberen Ende mit einem kombinierten Schauloch und Standanzeiger 50, ferner mit zwei Sicherheitsauslaßventilen 51, einem Einstiegloch 52 und einem Abblasrohr 53 (Fig. 5) versehen.
  • Speiseflüssigkeit tritt in die Trommel durch einen Stutzen 54 und ein Einlaßrohr 55 ein, welches in einen nach oben gerichteten, in der Trommelachse verlaufenden Teil 56 übergeht und bei 57 nach oben in die Trommel mündet. Am Ende des Zuleitungsrohres ist ein Dampf-Flüssigkeìts-Wärmeaustauscher 58 angeordnet, der aus einer Vielzahl von stumpfwinkeligen, konischen, perforierten und übereinander angeordneten Schalen besteht. Die Böden 66, 68 jeder dieser Schalen sind zur benachbarten Schale entgegengesetzt geneigt und so angeordnet, daß die Mehrzahl der Perforationen im unteren Teil liegt. So hat beispielsweise die nach unten geneigte Schale 59 der Fig. 9 und 10 die Perforationen nächst dem Außenumfang, während die nach oben geneigte Schale 61 (Fig. 11) die Perforationen überwiegend nächst dem Innenumfang aufweist. Am Ausströmende des Speiserohres ist ein nach unten gerichteter Prallkörper, bestehend aus einem zylindrischen Mantel 63 und einem Decke167, vorgesehen, in welchen die Speiseflüssigkeit ausströmt und um 1800 umgelenkt wird, so daß sie auf die Schale 59 fällt. Der Prallkörper verhindert, daß die Speiseflüssigkeit zwischen den Abscheidern 32 in den Dampfraum 20 gelangen kann.
  • Das Austrittsende 57 des Rohres 56 liegt etwas unter dem Wasserspiegel 18, so daß, wenn dieser Spiegel die normale Höhe hat, das Speisewasser lediglich in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsraumes 22 verteilt wird. Wenn jedoch der Spiegel um ein Beträcht- liches sinkt, dann wird der Wärmeaustauscher 58 dem Dampf ausgesetzt, und während einer solchen Periode sorgt dieser dafür, daß das Speisewasser in eine Vielzahl von Strömen kleineren Durchmessers aufgelöst wird, welche die abwechselnd geneigten, perforierten Schalen zickzackförmig durchlaufen. Auf diese Weise werden großen Oberflächen der Speiseflüssigkeit dem Dampf ausgesetzt mit der Folge einer Erwärmung der Flüssigkeit und einer Kondensation des Dampfes.
  • In der Längsrichtung der Trommel ist eine zylindrische Wandung 69 vorgesehen, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit der Trommelwand verhindert.
  • Im Anfangsstadium des Betriebes, wenn sich die Speiseflüssigkeit in der Trommel befindet und entweder bei niedrigem Flüssigkeitsstand durch den Dampf oder bei normalem Flüssigkeitsstand durch die Flüssigkeit erwärmt wird, schützt ein Wärmedämmschirm 71 den halbkugeligen Boden 16 vor Wärmeschocks, die durch die eintretende Speiseflüssigkeit ausgelöst würden. Der Wärmedämmschirm 71 besteht aus einer dünnen Platte, die im Abstand von dem Boden der Trommel angeordnet ist und dadurch diesen vor Beschädigungen, hervorgerufen durch rapide Temperaturschwankungen, schützt.
  • Jeder Abscheider 32 (Fig. 6, 7 und 8) ist durch eine kreisförmige Zwischenwand 65 in eine obere Wirbelkammer 60 über dem Flansch 62 und einen unteren Abströmteil 64 unterhalb dieses Flansches geteilt. Die Zwischenwand 65 hat die Form einer nach unten gerichteten Pfanne und läßt an ihrem Umfang einen Ringraum 66 frei (Fig. 8), welcher die obere Wirbelkammer und die untere Abströmkammer 64 verbindet.
  • In dem Ringraum befindet sich eine Vielzahl von Umienkflügeln 68, die so geformt sind, daß sie die Wirbelströmung der abgeschiedenen Flüssigkeit in eine nach unten zu dem Abströmteil 64 des Abscheiders gerichtete Strömung verwandeln. Jeder Abscheider ist so angeordnet, daß sein tangentialer Einlaßstutzen 34 an dem Flansch 69 mit der Wandung 26 der Einlaßkammer 25 verbolzt ist und daß sein Bodenteil durch einen Stift 70 in Trägerplatten, die am Trommelboden befestigt sind, sitzt. In jeder Wirbelkammer 60 des Abscheiders und im Abstand von der Wandung der Wirbelkammer befindet sich ein Abstreifer 72 (Fig. 4 und 7), der eine langgestreckte Düse am tangentialen Eintritt des Abscheiders bildet. Die hinteren Kanten 74 dieser Abstreifer trennen die schwere Flüssigkeit von dem ein Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit enthaltenden inneren Teil und erhöhen dadurch die Wirkung des Abscheiders. Am Boden des Abscheiders wird die abgeschiedene Flüssigkeit gesammelt und durch Leitbleche 76 radial nach innen gelenkt.
  • Die senkrecht stehenden, zylindrischen Wirbelabscheider haben ihre Einlässe 34 im oberen Wirbelkammerteil, der über dem normalen Wasserspiegel 18 der Trommel angeordnet ist. Dadurch ist es ermöglicht, daß das eintretende Dampf-Flüssigkeits-Gemisch mit hoher Winkelgeschwindigkeit umläuft, wobei die Zentrifugalkraft den leichten Dampf von der schwereren Flüssigkeit trennt und das Medium infolge seiner Schwere in dem Abscheider schraubenlinienförmig nach unten wandert. Die hohe Zentrifugalkraft konzentriert die schwere Flüssigkeit in den Außenzonen einer jeden Wirbelkammer. Infolge Anordnung der Trenn- oder Prallwand 65 gelangt nur Flüssigkeit durch den Ringraum 66; die Wirbelströmung wird durch die Leitschaufeln 68 in eine nach unten gerichtete Strömung verwandelt. Diese Richtungsumwandlung bewirkt, daß die Flüssigkeit lebhaft gegen den Bodenteil der Trommel strömt und den bei hohem Stand der Flüssigkeit in der Trommel erzeugten Druck überwindet. Indessen hat der lange Strömungsweg in dem Abscheider nach unten zur Folge, daß, wenn der Flüssigkeitsstand in der Trommel sehr niedrig ist, der Abscheider trotzdem wirksam bleibt im Sinne der Abgabe abgeschiedener Flüssigkeit unter dem Flüssigkeitsspiegel in der Trommel.
  • Hierdurch wird das Mitziehen von Dampf in der Flüssigkeit vermieden, was für eine befriedigende Zirkulation der Einrichtung schädlich wäre. Die Wirbelabscheider gemäß der Erfindung haben beispielsweise ein Verhältnis der Länge zu dem Durchmesser von ungefähr 6 l, wobei der Wirbelkammerteil 60 weniger als die Hälfte der gesamten Länge einnimmt. Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsspiegel nach unten von dem normalen Stand aus um das Vier- bis Fünffache des Durchmessers variieren.
  • Im Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage wird der Wasserspiegel so gesteuert, daß er den höchsten Stand in der Trommel hat, wenn der Dampferzeuger bei seiner höchsten Belastung arbeitet, und den niedrigsten Stand bei der niedrigsten Belastung. Auf diese Weise ist die Trommel in jedem Fall in der Lage, schnelle Belastungsschwankungen auszugleichen, ohne die Wirksamkeit der Wirbelabscheider zu unterbinden.
  • Die Umlenkflügel 68 in dem ringförmigen Durchgang 66 trennen die oberen Wirbelkammern 60 von den unteren Abströmkammern 64, da es wichtig ist, daß die Umwandlung der kreisenden Wirbelbewegung in eine nach unten gerichtete Strömungsbewegung zu einem Zeitpunkt stattfindet. in welchem eine ausreichende Wirbelenergie in der umzulenkenden Flüssigkeit verbleibt, ohne die eine Trennung bewirkende Zentrifugalkraft zu beeinträchtigen. Aus diesem Grunde befinden sich die Flügel 68 in der oberen Hälfte des Abscheiders, aber unter dem Einlaß.
  • Der tangentiale Einlaß eines jeden Abscheiders befindet sich im oberen Teil der Wirbelkammer so daß sich eine maximale Menge des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches bei der durch Schwerkraft in dem Abscheider bewirkten Abwärtsbewegung umwälzt, bevor die Umwandlung in eine nach unten gerichtete Strömung statttindet.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Trennen von Dampf und Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch. insbesondere aus einem Dampf-Wasser-Gemisch, mit einem vertikalen, langgestreckten, einen oberen Dampfraum und einen unteren Flüssigkeitsraum aufweisenden Druckkessel. der einen Dampfauslaß im oberen Teil des Dampfraumes, einen Flüssigkeitsauslaß im unteren Teil des Flüssigkeitsraumes und einen Speisefiüssigkeitseinlaß unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels aufweist und bei dem in dem Kesselraum mindestens ein senkrecht stehender Wirbelabscheider vorge- sehen ist, der einen tangentialen Einlaß für das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch, einen Dampfauslaß im oberen Ende und einen Flüssigkeitsauslaß im Boden aufweist, und in dem sich eine Übergangsstelle zwischen dem Dampfauslaß und dem Flüssigkeitsauslaß befindet, wo eine Vorrichtung angeordnet ist, welche die Strömung der abgetrennten Flüssigkeit nach unten lenkt, ilaSurch gekennzeichnet, daß der größere Teil eines jeden Wirbelabscheiders (32) unter dem normalen Flüssigkeitsspiegel (18) liegt und dem Speiseflüssigkeitseinlaß (55, 56, 57) ein Dampf-Flüssigkeits-Wärmeaustauscher (58) derart zugeordnet ist, daß die Speiseflüssigkeit unter Verteilung in direkten Wärmeaustausch mit dem Dampf tritt, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter die Austrittsöffnung (s7) des Speiseflüssigkeitseinlasses (55, 56, 57) sinkt, wobei im Strömungsweg der Speiseflüssigkeit in dem Kessel (10) Prallflächen (69, 71) vorgesehen sind, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit den Kesselwandungen (16) verhindern, wenn der Flüssigkeitsspiegel erheblich unter den normalen Stand sinkt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaß (76) der Wirbelabscheider (32) in das Innere des Kessels (10) gerichtet ist.
  3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelabscheider (32) ringförmig im Inneren des Kessels (10) angeordnet sind.
  4. 4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf-Flüssigkeits-Wärmeaustauscher (58) aus einer Vielzahl von vertikal übereinander angeordneten Schalen (59, 61) besteht.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (66, 68) der benachbarten Schalen (59. 61) entgegengesetzt geneigt sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforierungen der Schalen (59, 61) überwiegend - in der Neigungsrichtung gesehen - in den untenliegenden Schalenbereichen angeordnet sind.
  7. 7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallflächen (bs9) den Wärmeaustauscher (58) umfassen.
  8. 8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Kessels (10) eine ringförmige Einlaßkammer (25) für das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch vorgesehen ist, und daß von dieser Kammer aus die Verteilung des Gemisches auf die Wirbelabscheider (32) erfolgt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 371 351, 411 643; schweizerische Patentschrift Nr. 67 027; französische Patentschrift Nr. 926 958; USA.-Patentschrift Nr. 2739 668.
DEB41396A 1955-08-19 1956-08-14 Einrichtung zum Trennen von Dampf und Fluessigkeit aus einem Dampf-Fluessigkeits-Gemisch Pending DE1149020B (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH67027A (de) * 1914-01-28 1914-11-02 Johann Solenthaler Verfahren und Einrichtung zum Mischen heißer Gase mit Wasser behufs Erzeugung eines hochgespannten Wasserdampf-Gas-Gemisches
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FR926958A (fr) * 1946-05-15 1947-10-16 Babcock & Wilcox France Perfectionnements aux chaudières tubulaires
US2739668A (en) * 1952-09-09 1956-03-27 Babcock & Wilcox Co Apparatus for separating vapor and liquid at high pressures

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