水套加热炉作为一种间接加热设备,被广泛地运用于油田的油气集输系统中。现役的水套加热炉由于燃烧器结构、操作方式等方面的限制,热量利用效率低,污染物排放浓度大,实际运行不经济。近年来兴起的新型高效蓄热式燃烧技术能够在提高热效率的同时大幅降低污染物排放,是一种理想的燃烧技术。本文以某油田现役800kW水套加热炉为研究对象,采用数值模拟的手段将传统燃烧器改造为蓄热式燃烧器,分析新型燃烧器结构参数和运行参数对于水套炉温度场分布、NO排放浓度与热效率的影响。基于响应面法,分析新型蓄热式燃烧器燃料喷口与二次空气喷口相对高度h、燃料喷口与二次空气喷口径向距离L、二次空气喷口夹角α对于辐射管内温度场与污染物排放浓度的影响,得到了优选后的燃烧器结构参数h=96mm,L=130mm,α=29o。结果表明,二次空气大直径喷口间夹角的变化对于响应值的影响最为显著,较小的夹角能够获得更均匀的温度分布和更低的NO排放浓度。运用正交试验设计的方法分析一二次风分级比、助燃空气预热温度、过剩空气系数三因素对辐射管温度分布与NO排放浓度的影响,研究结果表明:当一二次风分级比为2:8、助燃空气预热温度为900°C、过剩空气系数为1.05时,水套加热炉运行工况较优化前有很大提升,热效率为91.67%,比现役水套加热炉提高了11.97%,NO排放浓度为18.0ppm,比现役水套加热炉降低了74.3%。