闪蒸降膜多效蒸发器技术方案

闪蒸-降膜耦合多效蒸发器（Flash-falling-filmMulti-effectEvaporator，简称FF-MEE）是把“降膜蒸发”的高传热系数和“闪蒸”自清洗、低结垢特性结合的一种新型多效浓缩/脱盐技术，已在海水淡化、氧化铝母液、锂电正极废水等高盐、大流量场景得到商业化应用。下面给出可直接落地的技术方案，涵盖流程、设计参数、设备选型、控制要点及运行指标。

一、工艺原理与流程（以三效顺流为例）

1.预热段：原料液（TDS30-80g/L，COD<3000mg/L）经多级板式预热器被末效二次蒸汽和冷凝水预热至85-95℃，减少生蒸汽消耗8-10%。

2.降膜蒸发段（Ⅰ效）：预热后料液由顶部布膜器均匀分配到垂直换热管内壁，形成0.3-0.6mm液膜，在0.4MPa生蒸汽（105-115℃）加热下2-3s即完成蒸发，传热系数2500-3500Wm-2K-1，浓缩倍1.4-1.6倍。

3.闪蒸分离段（Ⅱ、Ⅲ效）：Ⅰ效浓缩液经液位差（约0.05MPa）进入Ⅱ效闪蒸室（压力0.07MPa，沸点90℃），瞬间闪蒸出二次蒸汽，完成液温度下降8-10℃；同理进入Ⅲ效（真空0.08MPa，沸点55-65℃）继续闪蒸，最终料液TDS250-350g/L，晶体析出率≥15%。

4.蒸汽与凝水走向：生蒸汽→Ⅰ效壳程→Ⅰ效凝水→闪蒸罐回收5%闪蒸汽→Ⅱ效壳程；Ⅱ效二次蒸汽→Ⅲ效壳程；Ⅲ效二次蒸汽→表面冷凝器→真空泵维持0.085MPa真空，系统造水比（GOR）≈6-7。

5.出盐与母液：Ⅲ效晶浆→盐腿→离心机，盐含水3-5%，白度≥82；母液返回Ⅱ效循环，杂盐富集后少量（<5%）送杂盐干化。

二、核心设计参数（2025年工程实测）

三、设备选型与材质

1.蒸发器型式

Ⅰ效：立式降膜，φ38×1.5mm钛/2205换热管，管长6m，布膜器采用双螺旋槽式，布膜均匀度≥95%。

Ⅱ、Ⅲ效：闪蒸室+外置强制循环泵（轴流泵Q=3000m³h-1，H=3m），闪蒸室直径按0.8m（100th-1）设计，空塔速度1.8-2.2ms-1。

2.材质

氯离子<20gL-1：2205双相钢

氯离子20-60gL-1：钛TA2管+316L壳

含氟或高COD：哈氏C-276或衬PTFE

3.真空系统

采用双级蒸汽喷射泵+水环泵组合，启动时间<15min，真空度0.085MPa，蒸汽耗10kgt-水。

四、控制与防垢策略

1.液膜保护：降膜段设在线密度-粘度联锁，当粘度>6cP或浓度>1.5倍自动降负荷10%，防止干壁结垢。

2.闪蒸自清洗：闪蒸室内无换热面，晶体颗粒对器壁有“喷砂”效应，CaSO₄结垢速率仅为降膜段的1/3。

3.晶种法：向Ⅱ效投加0.5-1%硫酸钙晶种，优先沉积于晶种表面，运行周期延长30%。

4.在线清洗：每班用30℃蒸馏水喷淋5min，冲走浮晶；每14d用5%HCl+1%缓蚀剂循环4h，除垢率>90%。

五、技术经济（以500t/d煤化工高盐废水案例）

1.工程投资：2200万元（含土建安装）

2.蒸汽价：年蒸汽费385万元

3.电价0.65¥kWh-1：年电费95万元

4.年运行成本：550万元

5.副产Na₂SO₄6500ta-1：250¥t-1收益162万元

6.净成本：7.9¥t-水

7.投资回收期：2.8年（含盐收益）

六、适用边界与优缺点

6.1.适用：

进水TDS20-100gL-1，COD<3000mgL-1，Ca²⁺+Mg²⁺<1000mgL-1（软化后）

处理量>20th-1、蒸汽来源稳定、厂区有足够高度（>12m）布置降膜塔

6.2优点：

1.造水比高（6-7），蒸汽耗比传统三效降膜低15%

2.闪蒸段无换热面，结垢倾向下降40%，清洗周期≥14d

3.设备高度低于纯降膜四效，节省厂房20%高度

6.3缺点：

1.占地面积比纯降膜大30%（闪蒸室直径大）

2.操作弹性60-110%，低于xyu的40-120%

3.需要真空系统，冷却水耗0.5m³t-水，缺水地区需闭式冷却塔

结论：闪蒸-降膜多效蒸发器把“降膜高效传热”与“闪蒸自清洗”结合，在蒸汽价<250¥t-1、处理量>500td-1的高盐废水场景，综合蒸汽耗、投资、运行可靠性三方面优于纯降膜或纯闪蒸，是当前“零排放”脱盐段最具性价比的热法选择之一。