针对辽河油田所设计的新型自然通风式加热炉热传递情况不明确、热效率是否达到预期标准的问题,采用了数值模拟与数学计算结合的方法进行了研究。首先,建立加热炉真实模型,同时为便于模拟将模型简化,并在ICEM中进行多流域网格划分;然后,数值模拟燃烧过程和炉内传热情况,通过高低负荷状态下的燃烧模拟得到加热炉入口处的高温烟气物性、流量、温度等参数,并将其作为传热模拟初始条件,通过传热过程分析,得到高温烟气流经不同换热构件时的温降值,得知了炉体内的构件尤其是顶端热应力集中情况;最后,采用模拟和数学计算方式计算了加热炉在不同工况下的热效率,应用正反平衡法,结合模拟得到的入口出口质量焓等相关参数,对不同入口温度、烟气入口流量、原油流量下的热效率进行了计算,得到了不同工作条件对加热炉炉热效率的影响。研究表明,不同构件的换热效果不同,横烟管使烟气产生温降效果最为明显,温降达到313℃,烟囱换热效果最差,仅产生9℃温降,同时,没有发现顶端集热现象;对热效率及影响因素分析计算,得到在保证加热的原油温度不低于70℃时,加热炉最高热效率可达90%以上,比老式加热炉热效率提高了近7%;在不同影响热效率因素中,加热炉处理原油量多少对热效率影响最大,在单炉处理来油量区间内,效率波动可达12%。所研究的工作一方面验证了辽河油田设计的小型自然通风式加热炉的高效性,另一方面对在现场如何实现加热炉的高效运行提供理论和实际操作指导,对辽河油田节约能源、改善环境,推动技术创新具有重要意义。