本课题是中石化总公司重点攻关项目“加热炉能级分析方法研究及节能新技术开发”的部分研究内容。目的是研究管式加热炉所使用的燃烧器的燃烧特性，以及管式炉内多个燃烧器组合燃烧时的相互影响及炉内流场特性，对典型管式加热炉内的燃烧及传热的全部过程进行数值模拟，并在此基础上对加热炉用能进行能级分析，找出(火用)损失的主要环节和原因，并提出改进措施，以提高加热炉的能量和能质的利用效率。 首先根据实验数据对所采用的数学模型进行验证计算，为后继数值模拟工作的正确性和准确性提供可靠保证。 对管式加热炉所采用的油气联合燃烧器分别对燃气、燃油和油气混烧三种燃烧方式进行了燃烧特性研究。三种工况下的火焰长度有显著差异，燃气火焰最短，其次是油气混合燃烧火焰，而燃油火焰最长。计算结果还表明油气混合燃烧时由于配风不合理以及油燃料和气燃料化学物理性质的差异会导致不完全燃烧。 对方箱式加热炉进行三维数值模拟研究，计算发现辐射室流场的大型不良回流结构，该回流结构会降低温度场的均匀性，影响加热效果及损坏炉管。为此从燃烧器排布和燃烧器流量分配两个方面进行了优化，结果较原方案有较大改善。 采用分区耦合计算的方法对典型圆筒式管式加热炉和典型方箱式管式加热炉辐射室进行了全三维流动、燃烧和传热计算。该项计算首次实现对完整的工业加热炉包括燃烧器、炉管几何结构的完全仿真，而且对炉膛内部流动、燃烧及传热的全部工艺过程进行了详细的完全真实模拟，填补国内的空白。计算得到的炉管平均热流密度及平均温度符合工业实际，为不同管式工艺炉的完全仿真模拟计算打下了一个坚实的基础。 利用数值模拟计算的结果针对典型圆筒加热炉进行了详细的(火用)平衡分析，分别采用正平衡分析法和反平衡分析法进行了对比，正平衡(火用)效率和反平衡(火用)效率计算差别较小，分析结果可靠。由反平衡分析中各个环节的(火用)损系数可见，在(火用)损失的各个环节中，燃烧和传热导致的(火用)损失最大，并提出了改进措施。