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加热炉是石油化工行业的主要加热设备，同时也是高能耗设备，加热炉的节能降耗是节能工作的重点环节。通过研究炉内传热过程来提高能源利用率，已成为技术创新的工作重点。本课题以某石化公司350万吨/年的常压加热炉为模拟对象，根据计算流体力学的基本原理，建立了管式加热炉炉膛内火焰燃烧的数学模型。根据所建立的数学模型，对常压加热炉内的稳态传热过程进行了模拟。通过与现场操作数据进行对比分析，验证了加热炉模型的准确性。本文利用商用CFD软件Fluent6.3对高温空气燃烧的三维热稳态空间进行了数值模拟。采用标准κ-ε双方程模型，PDF扩散燃烧模型，离散坐标模型（DO模型），系统的研究了燃烧器结构和操作参数对高温空气燃烧过程的影响，对本文采用的数值模型和计算方法进行了可靠性验证，结果表明本文所采用的数值计算结果和计算方法能够很好的模拟高温空气燃烧过程，计算结果可信。为设计和优化燃烧器结构以及高温空气燃烧技术的应用提供了指导和借鉴。通过计算结果分析得出以下结论：（1）通过对不同喷孔直径的燃烧器高温空气燃烧过程的数值模拟，结果表明随着喷孔直径的减小，喷射速度提高，这加剧了燃料与空气的混合和燃烧速率，燃烧在较短的区域内完成，燃烧的火焰逐渐变短、变窄。但从实际传热的角度，炉管的长度一般为10~20m，如果燃烧过于迅速，火焰长度只有l~2m，高温区温度过高、区域过小，则炉管受热必然不均匀，传热效率降低。综合考虑，文中选用喷孔直径为9.5mm。（2）在高温空气燃烧过程中，增大氧化剂入射倾角，可以增强燃烧室内回流，扩大燃烧反应区域，减小炉膛内温度梯度，有效的抑制热力型NOX的生成。但是氧化剂射流倾角不能过大，否则会使燃烧室头部的气流组织受到不利影响，壁面回流区域受到较大压迫而火焰长度减小影响燃烧。所以氧化剂射流倾角一般取为10~20度。（3）在高温空气燃烧过程中，提高氧化剂的预热温度，可以提高燃烧室内的平均温度和燃烧效率，减少温差，使得燃烧室内温度分布均匀。但是，燃烧室内平均温度的增加，使得热力型NOX大量生成，不利于控制污染物的排放。综合文中分析，氧化剂预热温度选用500K。（4）在高温空气燃烧过程中，增加单位时间内进入燃烧室的空气量，可以提高燃烧室内的燃料气和空气的混合燃烧速率，燃烧更加充分，使得燃烧室内温度分布均匀，而且NOX的排放也随着空气的增多逐渐减少。但是，随着氧化剂的流量的继续增加，导致过多的冷空气进入炉膛，冷空气吸收燃料反应热，会造成温度下降。综合分析，当氧化剂的流量为300m3/h时，能够使炉内达到比较理想的温度分布。