天然气加热炉采用整体组装式结构，在卧式大容积筒体内布置火筒、烟管束等加热受热面和多回程对流管束等冷却受热面，筒内充注中间载热介质作为加热和冷却受热面之间的传热媒介，帮助冷、热两种流体达到传热的目的，中间载热介质可采用水、乙二醇溶液和导热油。通常，加热和冷却受热面沿大筒体圆截面中心轴呈轴对称布置，火筒和烟管束位于水平轴的下方，对称布置于垂直轴的左右侧；多回程对流管束位于水平轴的上方，各回程也对称布置于垂直轴的左右侧。

天然气加热炉工作时，用燃料燃烧产生的热量加热需要加热以达到工艺要求的工业用天然气。燃料和空气经燃烧器混合后喷入大简体下部一侧的火筒燃烧产生高温烟气，烟气经火筒折入大筒体下部另一侧的烟管束，最后经烟囱向上排入大气。在该过程中，高温烟气将热量通过火筒壁和烟管束壁传递给中间载热介质，中间载热介质吸热升温；同时中间载热介质将大部分热量通过对流管束壁面传递给需要加热的工业用天然气，中间载热介质放热降温。