熱管式空氣預熱器工作原理是傳熱元件熱管通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量。以熱管作為高效傳熱元件，從２０世紀８０年代起，熱管式空氣預熱器在煉化行業得到了推廣應用，也是目前國內使用較廣泛的一種空氣預熱器。
熱管式空氣預熱器優點是熱管管內工質汽化相變潛熱大、傳熱效率較高、低溫段可通過調整翅片間距來提高管壁溫度，因此可有效地延緩低溫段露點腐蝕的發生。其缺點是使用壽命較短、熱媒損失及產生不凝性氣體等原因的存在使得熱管在長期使用后會因真空度下降而失效，尤其是使用溫度過高時（煙氣溫度超過３５０ ℃），普通水碳鋼熱管由于飽和蒸汽壓過高會出現爆管的可能，而采用有機工質作媒介，其傳熱效率僅為水碳鋼熱管的７０％，易出現管內結焦失效，嚴重制約了設備的使用壽命。
目前，熱管式空氣預熱器一般在運行３～５ａ后，需大批量更換熱管，這與裝置要求長周期、高效率運行的目標不符。
