本文研究利用多级蒸发系统降低油田生产过程中产生的高盐度污水的含盐量，使其达到注汽锅炉或者其他蒸汽发生装置的给水要求，并且回收利用油田生产过程中产生的余热为多级蒸发系统提供加热热量。首先，通过对并联、逆流串联、顺流串联多级系统的对比，选取具有较高加热温度，不易出现结垢，系统内流体的流动不需要外界驱动力的顺流串联多级蒸发系统作为油田污水的脱盐装置。利用质量和能量守恒原理以及降膜蒸发器传热系数的简化计算对n级多级蒸发系统经行数学建模，建立3n-2个非线性方程组成的强非线性方程组。由于方程组的强非线性只有通过迭代求解。利用Matlab语言对方程组进行编程求解。利用建立的数学模型分析加热温度和系统级数对系统性能系数和总比传热面积的影响。以及加热温度对系统各级蒸发温度、蒸发压力、蒸发量、换热温差等参数的影响。并利用加热温度对总比传热面积的影响确定系统的加热温度为115℃；在系统加热温度为115℃时，利用多级蒸发系统的设备投资费用和年运行费用与系统级数的关系确定总投资最小的系统级数。利用模型通过已知的最佳级数和系统加热温度求解系统中其他的未知参数。对所设计的多级蒸发系统进行夹点分析。利用压缩R245fa型热泵和喷射泵以及闪蒸罐设计一套回收注汽锅炉余热水热量热泵系统为多级蒸发系统提供系统加热热量；还通过第一类吸收式热泵、压缩R245fa型热泵和蒸汽再压缩热泵建立一套能利用油田污水余热的热泵系统。最后对这两套热泵系统进行节能效率和经济性评价。得出注汽锅炉余热利用热泵系统要比油田污水余热利用系统的在节能和经济方面都要好。