我国大部分油田已进入开采的中后期,采出液含水量高达80%,使得油田污水的处理量迅速增加。其中,油田污水含盐量已高达上万或数十万mg/L,直接外排和回注都会对周边环境造成严重破坏,其脱盐处理技术的开发研究已成为油田企业亟待解决的任务之一。喷雾干燥技术已在化工、食品、医药等行业得到广泛应用,在工农业生产领域中占有极为重要的地位,与传统的油田污水处理技术相比,具有设备简单、水分蒸发迅速、操作控制方便、适宜大规模生产等优点。本文基于喷雾干燥技术,提出了油田高含盐污水喷雾干燥的处理方法。目前尚无喷雾干燥技术处理油田高含盐污水的工程应用实例,因此首次使用CFD针对油田高含盐污水的喷雾干燥过程进行了深入地研究,探索了将喷雾干燥技术应用于油田高含盐污水处理的可行性,可为理论研究与工程实践提供一定的参考依据。(1)针对含盐量为7× 104mg/L的油田污水,设计了一套处理量为28.8kg/h的逆流型喷雾干燥器。在标准k-ε双方程模型和DPM模型的框架下,基于欧拉-拉格朗日方法,描述了空气与雾化液滴在干燥器内相对运动及传热传质过程,对液滴蒸发过程进行了数值模拟,得到了设备内部各流场分布。通过随机轨道模型追踪了液滴颗粒的运动轨迹及液滴NaCl浓度的变化。结果表明:污水液滴的喷入对空气有明显的扰动作用,近轴线区域扰动最大。离喷嘴越远,速度分布越均匀。由于液滴群与逆流空气的相互作用,在液滴群两侧形成了旋涡回流区。气相温度梯度在液滴群集中的中心轴线区域较大。沿轴线方向自上而下,温度逐渐降低,水蒸气含量逐渐升高,液滴蒸发速率呈增加趋势。液滴一般在3到7秒便可蒸发完毕,在该干燥器结构及工况条件下,设备内蒸发效率可达到 58.9%。(2)研究了入口空气流速、入口空气温度、喷雾锥角、液滴直径等操作参数对干燥器内速度场、温度场和液滴蒸发特性的影响规律。得出以下结论:入口空气流速和入口空气温度是影响蒸发速率的关键操作参数。提高入口空气流速和入口空气温度,均可加快液滴蒸发。但是受液滴颗粒沉降速度的限制,在算例的液滴直径及污水流量条件下,入口空气流速达到0.4m/s后,流速的提高对蒸发速率的提高量显著减小。当入口空气温度达到313K后,再提高空气温度,对蒸发速率的提高作用不大。随喷雾锥角的增大,蒸发速率略微提高。液滴越细化,蒸发速率越高。(3)由于在油田企业的实际工程应用中,需要考虑油田开采现场的场地限制及装置搭建的方便性,因此基于逆流型喷雾干燥器的数值模拟方法,对并流型水平箱式结构喷雾干燥器的污水喷雾蒸发特性也进行了研究,并对比分析了不同喷嘴布置方案的蒸发效果。进一步的,为了给实际工程方案的设定提供一定的参考依据,根据中国石化石油勘探开发研究院在四川德阳的小型试验所使用的箱体结构,研究了操作参数的最佳设置。为了解在四川德阳环境条件下何种工况的蒸发效果较好,采用正交试验设计原理,对各环境工况下的箱式结构进行了数值模拟研究。得出以下结论:在箱式结构中,液滴群向右侧有一定的偏移,速度场分布较不均匀,在箱体右下直角处存在不合理的旋涡回流区。由于在箱体左侧入口处液滴与空气的横向交叉流动,使两相掺混过程主要发生在箱体中部及后部。在该算例箱体体积下,单喷嘴的布置方案是最优方案。当入口空气流速较小,为0.4m/s时,右侧引风方式与上侧引风方式的流场分布差别不大;当流速增加到0.6m/s及0.8m/s时,右侧引风方式优于上侧引风。液滴直径在20μm～150μm范围内时,最佳入口空气流速为 0.4m/s 及 0.6m/s。0.4m/s 的流速适用于直径 25μm、50μm、100μm、150μm的液滴,0.6m/s的流速适用于直径100μm、150μm的液滴。通过正交试验得出较好的环境工况为空气温度30℃、相对湿度60%、空气流速0.6m/s、液滴直径25μm或空气温度20℃、相对湿度40%、空气流速0.6m/s、液滴直径25μm。综上,本文紧密结合了石油企业的实际需要,为喷雾干燥技术在油田高含盐污水处理领域提供了一定的工程设计依据,具有实践指导作用。